JPH0515082B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0515082B2 JPH0515082B2 JP58240521A JP24052183A JPH0515082B2 JP H0515082 B2 JPH0515082 B2 JP H0515082B2 JP 58240521 A JP58240521 A JP 58240521A JP 24052183 A JP24052183 A JP 24052183A JP H0515082 B2 JPH0515082 B2 JP H0515082B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal resonator
- temperature
- self
- vibration
- frequency
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/30—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
- H03B5/32—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L1/00—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
- H03L1/02—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
- H03L1/022—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only by indirect stabilisation, i.e. by generating an electrical correction signal which is a function of the temperature
- H03L1/027—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only by indirect stabilisation, i.e. by generating an electrical correction signal which is a function of the temperature by using frequency conversion means which is variable with temperature, e.g. mixer, frequency divider, pulse add/subtract logic circuit
Landscapes
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は、水晶振動子を利用して、安定な基準
周波数信号を出力する周波数信号出力装置に関す
るものである。
周波数信号を出力する周波数信号出力装置に関す
るものである。
従来より水晶振動子の共振周波数を基準信号と
して利用する装置は公知である。
して利用する装置は公知である。
水晶振動子は、共振周波数が温度によつて影響
を受けるために、従来装置においては、水晶振動
子を恒温槽に入れたり、VCOX（電圧制御型水晶
発振器）あるいは、TCXO（温度制御型水晶発振
器）を用いている。
を受けるために、従来装置においては、水晶振動
子を恒温槽に入れたり、VCOX（電圧制御型水晶
発振器）あるいは、TCXO（温度制御型水晶発振
器）を用いている。
しかしながら、これらは、温度検出のための手
段が必要で構成が複雑となる欠点がある。
段が必要で構成が複雑となる欠点がある。
また、例えば、特開昭55−163481号公報に開示
されているように、１つの圧電振動子を用いて、
第１，第２の自励発振ループを構成し、２つの発
振ループから得られる２つの発振周波数信号の差
から温度情報を得て、一つの周波数信号を補正
し、温度に影響しない時間基準周波数信号を得る
ように構成した時間基準発生装置がある。
されているように、１つの圧電振動子を用いて、
第１，第２の自励発振ループを構成し、２つの発
振ループから得られる２つの発振周波数信号の差
から温度情報を得て、一つの周波数信号を補正
し、温度に影響しない時間基準周波数信号を得る
ように構成した時間基準発生装置がある。
しかしながら、ここに開示されている時間基準
発生装置は、圧電振動子を基本振動とその高調波
振動とを利用すること想定したもので、２つの発
振周波数の温度特性の相違が似たようなものとな
り、温度情報が正確に得られないという課題があ
つた。
発生装置は、圧電振動子を基本振動とその高調波
振動とを利用すること想定したもので、２つの発
振周波数の温度特性の相違が似たようなものとな
り、温度情報が正確に得られないという課題があ
つた。
本発明はこの様な従来技術に鑑みてなされたも
ので、温度検出手段を用いることなく、安定した
周波数信号を得ることのできる信号出力装置を実
現しようとするものである。
ので、温度検出手段を用いることなく、安定した
周波数信号を得ることのできる信号出力装置を実
現しようとするものである。
本発明に係る装置は、音叉形水晶振動子、この
水晶振動子を屈曲振動させる第１の自励発振ルー
プと、水晶振動子をねじり振動させる第２の自励
発振ループと、第１，第２の各自励発振ループか
ら得られる共振周波数信号1，2を入力し（1−
2）に関連して水晶振動子の負荷容量又は水晶振
動子の温度を制御する制御ループとで構成される
点に特徴がある。
水晶振動子を屈曲振動させる第１の自励発振ルー
プと、水晶振動子をねじり振動させる第２の自励
発振ループと、第１，第２の各自励発振ループか
ら得られる共振周波数信号1，2を入力し（1−
2）に関連して水晶振動子の負荷容量又は水晶振
動子の温度を制御する制御ループとで構成される
点に特徴がある。
第１図は本発明に係る装置の一例を示す構成ブ
ロツク図である。図において、１は腕１ａ，１ｂ
を有する音叉状の水晶振動子で、これには図示し
てないが水晶振動子を励振させる励振電極と、振
動を検出する検出電極とが設けられている。この
水晶振動子１は、例えば、厚さｔが0.025〜0.2mm
程度、両腕１ａ，１ｂの長さｌが2.5〜20mm
（100.t）程度、両腕１ａ，１ｂの幅ｗが0.05〜0.5
mm程度の大きさであつて、形状の製作及び各電極
の形成は、ホトリソグラフイーとエツチングの技
術を利用して行なわれる。２１，２２は振動検出
電極に結合するフイルタ回路で、一方のフイルタ
回路２１は、水晶振動子１の屈曲振動周波数1が
通過する低域フイルタであり、他方のフイルタ回
路２２は、水晶振動子１のねじり振動周波数2が
通過する帯域フイルタとなつている。３１，３２
は各フイルタ回路２１，２２からの周波数信号を
増幅するアンプ、４は各アンプ３１，３２からの
信号を加算し、この加算信号を励振用の電極に出
力する加算回路である。
ロツク図である。図において、１は腕１ａ，１ｂ
を有する音叉状の水晶振動子で、これには図示し
てないが水晶振動子を励振させる励振電極と、振
動を検出する検出電極とが設けられている。この
水晶振動子１は、例えば、厚さｔが0.025〜0.2mm
程度、両腕１ａ，１ｂの長さｌが2.5〜20mm
（100.t）程度、両腕１ａ，１ｂの幅ｗが0.05〜0.5
mm程度の大きさであつて、形状の製作及び各電極
の形成は、ホトリソグラフイーとエツチングの技
術を利用して行なわれる。２１，２２は振動検出
電極に結合するフイルタ回路で、一方のフイルタ
回路２１は、水晶振動子１の屈曲振動周波数1が
通過する低域フイルタであり、他方のフイルタ回
路２２は、水晶振動子１のねじり振動周波数2が
通過する帯域フイルタとなつている。３１，３２
は各フイルタ回路２１，２２からの周波数信号を
増幅するアンプ、４は各アンプ３１，３２からの
信号を加算し、この加算信号を励振用の電極に出
力する加算回路である。
低域フイルタ回路２１、アンプ３１、加算回路
４を含んで形成されるループは、水晶振動子１を
屈曲振動させる自励発振ループOSC１を構成し、
低域フイルタ回路２２、アンプ３２、加算回路４
を含んで形成されるループは、水晶振動子１をね
じり振動させる自励発振ループOSC２を構成し
ている。
４を含んで形成されるループは、水晶振動子１を
屈曲振動させる自励発振ループOSC１を構成し、
低域フイルタ回路２２、アンプ３２、加算回路４
を含んで形成されるループは、水晶振動子１をね
じり振動させる自励発振ループOSC２を構成し
ている。
５は２つの自励発振ループOSC１，OSC２か
ら得られる周波数信号1，2を入力し、水晶振動
子１の負荷容量を周波数信号の差（1−2）に応
じて制御する制御ループで、1と2の差信号を演
算する演算回路５１と、水晶振動子１に接続され
た負荷容量５２と、この負荷容量を演算回路５１
からの信号によつて変化させる駆動回路５３とで
構成されている。
ら得られる周波数信号1，2を入力し、水晶振動
子１の負荷容量を周波数信号の差（1−2）に応
じて制御する制御ループで、1と2の差信号を演
算する演算回路５１と、水晶振動子１に接続され
た負荷容量５２と、この負荷容量を演算回路５１
からの信号によつて変化させる駆動回路５３とで
構成されている。
第２図は、水晶振動子１の屈曲振動の説明図で
ある。音叉状の水晶振動子１の両腕１ａ，１ｂが
矢印に示すように振動（振動モードは対称振
動）するのが屈曲振動であつて、その共振周波数
1は、振動子１の各寸法を図示するようにとれ
ば、(1)式で表わすことができる。
ある。音叉状の水晶振動子１の両腕１ａ，１ｂが
矢印に示すように振動（振動モードは対称振
動）するのが屈曲振動であつて、その共振周波数
1は、振動子１の各寸法を図示するようにとれ
ば、(1)式で表わすことができる。
ただし、
α：固有値
ｋ：補正係数
ρ：水晶振動子の密度
S22′：水晶振動子のヤング率に関連した値
S44′：水晶振動子のねじり剛性に関連した値
第３図は、水晶振動子１のねじり振動の説明図
である。音叉状振動子１の両腕１ａ，１ｂが矢印
に示すように振動（振動モードは対称でも非対
称でもよい）するのがねじり振動であつて、その
共振周波数2は、(2)式で表わすことができる。
である。音叉状振動子１の両腕１ａ，１ｂが矢印
に示すように振動（振動モードは対称でも非対
称でもよい）するのがねじり振動であつて、その
共振周波数2は、(2)式で表わすことができる。
ただし、
β：固有値
λ＝ｗ／ｔ S′44／S′66
S′66：水晶振動子のねじり剛性に関連した値
ｎ：振動モードの次数
第４図は、水晶振動子１を作る水晶基板とし
て、Ｚ板（Ｚカツト板）を基準として、１回目の
回転がＸ軸に対して±10°Y軸に対して±10°の範
囲のものを使用し、これを屈曲振動させた場合の
共振周波数1の温度特性を示す線図である。
て、Ｚ板（Ｚカツト板）を基準として、１回目の
回転がＸ軸に対して±10°Y軸に対して±10°の範
囲のものを使用し、これを屈曲振動させた場合の
共振周波数1の温度特性を示す線図である。
この線図において、屈曲振動の共振周波数1の
温度に対する変化は全体として小さく、特に20℃
〜30℃の常温付近での温度係数α1は非常に小さく
なり、例えばα1＝0.04ppm／℃2程度となる。
温度に対する変化は全体として小さく、特に20℃
〜30℃の常温付近での温度係数α1は非常に小さく
なり、例えばα1＝0.04ppm／℃2程度となる。
ここで、２次以後の温度係数を無視すれば、屈
曲振動の共振周波数1と、屈曲振動の１次温度係
数α1とは、温度Ｔに対して(3)式に示す関係があ
る。
曲振動の共振周波数1と、屈曲振動の１次温度係
数α1とは、温度Ｔに対して(3)式に示す関係があ
る。
1＝01｛１＋α1（Ｔ−T0）｝ (3)
ただし、01：温度0の時の屈曲振動の周波数
また、1は(1)式から明らかなように、形状寸法
ｗ／ｌ等によつても変わるもので、これらを特定
な値に選定することにより、1を温度T0におい
て、2nに相当する例えば32.768kHzとすることが
できる。
ｗ／ｌ等によつても変わるもので、これらを特定
な値に選定することにより、1を温度T0におい
て、2nに相当する例えば32.768kHzとすることが
できる。
第５図は、前記の水晶振動子１をねじり振動さ
せた場合の共振周波数2の温度特性を示す線図で
ある。
せた場合の共振周波数2の温度特性を示す線図で
ある。
この線図において、ねじり振動の共振周波数2
の温度に対する変化は、直線的に変化し、その温
度係数α2は、水晶振動子の寸法形状を例えばｔ／
ｗ≒0.4、ｌ＝2.5mmとした場合、α2＝40ppm／℃
程度となる。
の温度に対する変化は、直線的に変化し、その温
度係数α2は、水晶振動子の寸法形状を例えばｔ／
ｗ≒0.4、ｌ＝2.5mmとした場合、α2＝40ppm／℃
程度となる。
第１図において、水晶振動子１は、２つの自励
発振ループOSC１，OSC２によつて、屈曲振動
と、ねじり振動とを同時に行ない、各自励発振ル
ープOSC１，OSC２から周波数信号1と、2とを
出力する。通常、ねじり振動の共振周波数2は、
屈曲振動の共振周波数1よりも高く（2＞1）、
これらの周波数信号は低域フイルタ回路２１と、
帯域フイルタ回路２２とによつて分離され、各自
励発振ループは互いに非同期で自励発振を持続す
る。
発振ループOSC１，OSC２によつて、屈曲振動
と、ねじり振動とを同時に行ない、各自励発振ル
ープOSC１，OSC２から周波数信号1と、2とを
出力する。通常、ねじり振動の共振周波数2は、
屈曲振動の共振周波数1よりも高く（2＞1）、
これらの周波数信号は低域フイルタ回路２１と、
帯域フイルタ回路２２とによつて分離され、各自
励発振ループは互いに非同期で自励発振を持続す
る。
制御回路５は、各自励発振ループOSC１，
OSC２からの周波数信号1，2を入力し、1−2
なる演算を行なうことによつて、温度依存性のあ
る差信号tを得る。この差信号tは駆動回路５３
に印加され、駆動回路５３は温度による共振周波
数1，2のドリフト分を補償するように負荷容量
５２の容量を連続的に変化させる。
OSC２からの周波数信号1，2を入力し、1−2
なる演算を行なうことによつて、温度依存性のあ
る差信号tを得る。この差信号tは駆動回路５３
に印加され、駆動回路５３は温度による共振周波
数1，2のドリフト分を補償するように負荷容量
５２の容量を連続的に変化させる。
この様な動作によつて、自励発振ループOSC
１の共振周波数1は、温度の影響を受けない安定
な基準周波数信号となる。
１の共振周波数1は、温度の影響を受けない安定
な基準周波数信号となる。
第６図は本発明に係る装置の他の例を示す構成
ブロツク図である。この実施例においては、水晶
振動子１を容器１０内に設置するとともに、水晶
振動子１を駆動回路５３の出力で加熱するための
ヒータ５４を設けたものである。このヒータ５４
によつて、水晶振動子１は周囲温度の変化に対応
して加熱され、共振周波数1は、温度の影響を受
けない安定な基準周波数信号となる。
ブロツク図である。この実施例においては、水晶
振動子１を容器１０内に設置するとともに、水晶
振動子１を駆動回路５３の出力で加熱するための
ヒータ５４を設けたものである。このヒータ５４
によつて、水晶振動子１は周囲温度の変化に対応
して加熱され、共振周波数1は、温度の影響を受
けない安定な基準周波数信号となる。
第７図及び第８図は水晶振動子１に設ける電極
の形成例を示したもので、いずれもａは斜視図、
ｂはａ図におけるＸ−Ｘ断面図である。
の形成例を示したもので、いずれもａは斜視図、
ｂはａ図におけるＸ−Ｘ断面図である。
いずれのものも、水晶振動子１の両腕の両表面
に、互いに平行して並ぶ対向電極１５，１６及び
１７，１８を形成させたものである。周知のよう
に水晶は弾性体であり、しかも圧電体であること
から、例えば電極１５，１６間に加算回路４から
の励振信号を与えることによつて屈曲振動及びね
じり振動をし、また、電極１７，１８間には水晶
振動子１の振動に応じた電圧信号が発生する。
に、互いに平行して並ぶ対向電極１５，１６及び
１７，１８を形成させたものである。周知のよう
に水晶は弾性体であり、しかも圧電体であること
から、例えば電極１５，１６間に加算回路４から
の励振信号を与えることによつて屈曲振動及びね
じり振動をし、また、電極１７，１８間には水晶
振動子１の振動に応じた電圧信号が発生する。
なお、電極は各腕１ａ，１ｂの側面に設けても
よい。
よい。
以上説明したように、本発明によれば、温度検
出手段を用いることなく、周囲温度に影響されな
いで安定した基準周波数信号を得ることのできる
装置が実現できる。
出手段を用いることなく、周囲温度に影響されな
いで安定した基準周波数信号を得ることのできる
装置が実現できる。
また、本発明に於いては、音叉形の水晶振動子
を、屈曲振動とねじり振動の互いに異なる振動モ
ードで振動させる点に特徴がある。これにより、
屈曲振動によつて得られる周波数信号と、ねじり
振動によつて得られる周波数信号とのそれぞれの
温度係数が著しく相違して、温度情報が正確に得
られるという格別の効果がでてくる。
を、屈曲振動とねじり振動の互いに異なる振動モ
ードで振動させる点に特徴がある。これにより、
屈曲振動によつて得られる周波数信号と、ねじり
振動によつて得られる周波数信号とのそれぞれの
温度係数が著しく相違して、温度情報が正確に得
られるという格別の効果がでてくる。
従つて、正確な温度情報に基づいて、水晶振動
子の負荷容量または水晶振動子の温度を制御する
ことが可能となり、水晶振動子を含む発振ループ
から、直接、温度の影響を受けない正確な基準周
波数信号を得ることができる。
子の負荷容量または水晶振動子の温度を制御する
ことが可能となり、水晶振動子を含む発振ループ
から、直接、温度の影響を受けない正確な基準周
波数信号を得ることができる。
第１図は本発明に係る装置の一例を示す構成ブ
ロツク図、第２図は水晶振動子の屈曲振動の説明
図、第３図は水晶振動子のねじり振動の説明図、
第４図は本発明において用いられている水晶振動
子の屈曲振動の共振周波数1と温度との関係を示
す線図、第５はねじり振動の共振周波数2と温度
との関係を示す線図、第６図は本発明に係る装置
の他の実施例の構成ブロツク図、第７図及び第８
図は水晶振動子に設ける電極の形成例を示す説明
図である。 １……水晶振動子、OSC１，OSC２……自励
発振ループ、４……加算回路、５……制御ルー
プ、５２……負荷容量、５４……ヒータ。
ロツク図、第２図は水晶振動子の屈曲振動の説明
図、第３図は水晶振動子のねじり振動の説明図、
第４図は本発明において用いられている水晶振動
子の屈曲振動の共振周波数1と温度との関係を示
す線図、第５はねじり振動の共振周波数2と温度
との関係を示す線図、第６図は本発明に係る装置
の他の実施例の構成ブロツク図、第７図及び第８
図は水晶振動子に設ける電極の形成例を示す説明
図である。 １……水晶振動子、OSC１，OSC２……自励
発振ループ、４……加算回路、５……制御ルー
プ、５２……負荷容量、５４……ヒータ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 音叉形水晶振動子、この水晶振動子を屈曲振
動させる第１の自励発振ループ、前記水晶振動子
をねじり振動させる第２の自励発振ループ、前記
第１，第２の自励発振ループから得られる共振周
波数信号f1，f2を入力し両周波数信号の差に関連
して前記水晶振動子の負荷容量又は水晶振動子の
温度を制御する制御ループを備え、 前記第１の自励発振ループから得られる共振周
波数信号f1を基準周波数信号として出力するよう
にした周波数信号出力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24052183A JPS60130904A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 周波数信号出力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24052183A JPS60130904A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 周波数信号出力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60130904A JPS60130904A (ja) | 1985-07-12 |
| JPH0515082B2 true JPH0515082B2 (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=17060759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24052183A Granted JPS60130904A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 周波数信号出力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60130904A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002371636A (ja) * | 2001-06-18 | 2002-12-26 | Sanyo Showa Panel System Co Ltd | パネルの連結兼目地部カバー装置 |
| JP6003453B2 (ja) | 2012-09-21 | 2016-10-05 | 富士通株式会社 | 温度センサー及び温度補償発振器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55163481A (en) * | 1979-06-07 | 1980-12-19 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Time standard generator |
| JPS6316169U (ja) * | 1986-07-18 | 1988-02-02 |
-
1983
- 1983-12-20 JP JP24052183A patent/JPS60130904A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60130904A (ja) | 1985-07-12 |
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