本發(fā)明涉及一種振蕩裝置，對(duì)振子例如晶體振子所放置的溫度進(jìn)行檢測，并基于溫度檢測結(jié)果進(jìn)行輸出頻率的穩(wěn)定化。

背景技術(shù)：

作為例如使用了晶體振子的振蕩裝置，具恒溫槽的振蕩裝置即恒溫晶體振蕩器(Oven Controlled Xtal Oscillator，OCXO)構(gòu)成為如下，即，利用加熱器將晶體振子所放置的環(huán)境加熱到固定的溫度，由此，晶體振子的溫度不會(huì)被外部的溫度變化所影響。而且，作為以加熱器的溫度控制的高精度化為目標(biāo)的技術(shù)，已知有如下方法，即，使用兩個(gè)晶體振子作為溫度傳感器，求出與利用兩個(gè)晶體振子的頻率差計(jì)算出的溫度檢測值相當(dāng)?shù)男盘?hào)值，并基于該信號(hào)值控制加熱器的輸出電力(專利文獻(xiàn)1)。

另一方面，關(guān)于振蕩裝置的相對(duì)于溫度的頻率，在例如從基站向終端發(fā)送電波的系統(tǒng)中，不僅對(duì)基站，對(duì)中繼站也要求更高的穩(wěn)定性。專利文獻(xiàn)2中記載了使用電壓調(diào)節(jié)器來驅(qū)動(dòng)溫度補(bǔ)償型晶體振蕩器1，但關(guān)于本發(fā)明的構(gòu)成未作記載。

背景技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利特開2013-51676號(hào)

專利文獻(xiàn)2：日本專利特開2000-261248號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問題

本發(fā)明于所述情況下完成，其目的在于提供如下技術(shù)，即，在使用加熱器電路實(shí)現(xiàn)振子所放置的環(huán)境的溫度穩(wěn)定化的振蕩裝置中，能夠使加熱器電路的發(fā)熱量穩(wěn)定化而輸出穩(wěn)定的振蕩頻率。

解決問題的技術(shù)手段

本發(fā)明的振蕩裝置包括：連接于振子的振蕩電路，以及用以將所述振子所放置的環(huán)境的溫度加以固定化的加熱器電路，所述振蕩裝置的特征在于包括：

第一基板，在第一容器內(nèi)以從該第一容器的內(nèi)壁浮起的狀態(tài)由第一支撐構(gòu)件支撐；

溫度檢測部，用以檢測所述第一容器內(nèi)的溫度，所述加熱器電路利用所述溫度檢測部的溫度檢測值控制供給電力，所述振子、所述振蕩電路、所述溫度檢測部與所述加熱器電路分別設(shè)置于該第一基板；

第二容器，將所述第一容器收容于所述第二容器的內(nèi)部空間，并且以從所述第二容器的內(nèi)壁浮起的狀態(tài)經(jīng)由支撐部而支撐；

電壓穩(wěn)定化電路，在所述第二容器內(nèi)與所述第一容器隔開而設(shè)置，用以使供給到所述加熱器電路的電源電壓穩(wěn)定化。

發(fā)明的效果

本發(fā)明在恒溫晶體振蕩器(OCXO)中，在第一容器內(nèi)設(shè)置振子、振蕩電路、溫度檢測部及加熱器電路，所述第一容器在第二容器內(nèi)以浮起的狀態(tài)受到支撐，并且將用以使供給到加熱器電路的電源電壓穩(wěn)定化的電壓穩(wěn)定化電路，在第二容器內(nèi)與所述第一容器隔開而設(shè)置。因此，因供給到加熱器電路的電壓穩(wěn)定化，且電壓穩(wěn)定化電路不易受到加熱器電路的發(fā)熱的影響，所以結(jié)果為，獲得無論環(huán)境溫度如何均穩(wěn)定的振蕩頻率的輸出。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的振蕩裝置的整體構(gòu)成的框圖。

圖2是表示所述振蕩裝置的一部分電路的詳情的框圖。

圖3是示意性地表示周邊設(shè)備的溫度變化與振蕩裝置的振蕩頻率的變動(dòng)率的關(guān)系的頻率特性圖。

圖4是表示振蕩裝置的構(gòu)成的縱剖側(cè)視圖。

圖5是表示所述振蕩裝置的主要部分的俯視概略圖。

圖6是表示本發(fā)明的振蕩裝置與作為比較例的振蕩裝置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。

具體實(shí)施方式

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的振蕩裝置1A的整體的框圖。振蕩裝置1A中包含：第一晶體振子10、第二晶體振子20、以及使這些晶體振子振蕩的第一振蕩電路1、第二振蕩電路2。第一振蕩電路1、第二振蕩電路2例如包含考畢茲(Colpitts)型振蕩電路。

在第一振蕩電路1、第二振蕩電路2的后段側(cè)，設(shè)置著鎖相回路(Phase Locked Loop，PLL)電路部200及數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，DSP)區(qū)塊5。PLL電路部200在圖1中簡略記述為區(qū)塊，包括：如圖2所示的具備直接數(shù)字合成器(Direct Digital Synthesizer，DDS)201的電路。DDS 201的動(dòng)作時(shí)鐘使用從第一振蕩電路1輸出的振蕩輸出。與輸入到DDS 201的設(shè)定頻率對(duì)應(yīng)的數(shù)字值為從后述的加法部58輸出的值。

從DDS 201輸出的頻率信號(hào)被輸入到相位比較器202的一輸入端。從后述的電壓控制振蕩器205輸出的頻率信號(hào)，經(jīng)分頻器206分頻后，輸入到相位比較器202的另一輸入端。相位比較器202檢測兩者的頻率信號(hào)的相位的差分，并輸入到電荷泵(charge pump)203。來自電荷泵203的輸出利用回路濾波器(loop filter)204而積分，其積分值作為控制電壓而輸入到電壓控制振蕩器205。也就是，PLL電路部200利用DDS 201生成作為參考頻率的頻率信號(hào)，使用該基準(zhǔn)的頻率信號(hào)構(gòu)成PLL。

DSP區(qū)塊5包含：溫度檢測部53、PI運(yùn)算部54、脈沖調(diào)制(Pulse with Modulation，PWM)部55、1次修正部56(first order correction unit)、9次修正部57(ninth-order correction unit)及加法部58。溫度檢測部53運(yùn)算數(shù)字值ΔF，該數(shù)字值ΔF與來自第一振蕩電路1的振蕩輸出f1及來自第二振蕩電路2的振蕩輸出f2的差分(f1-f2)對(duì)應(yīng)。ΔF為與第一晶體振子10及第二晶體振子20所放置的環(huán)境的溫度對(duì)應(yīng)的值，因而，ΔF能夠稱作溫度檢測值。在溫度檢測部53的后段，雖未圖示，但設(shè)置著對(duì)溫度檢測值ΔF偏離設(shè)定溫度何種程度進(jìn)行運(yùn)算的電路，該電路例如求出溫度檢測值與設(shè)定溫度的差分。PI運(yùn)算部54將該差分值進(jìn)行比例積分(proportional integral，PT)(微分、積分)而輸入到PWM部55。PWM部55用來將從PI運(yùn)算部54輸出的數(shù)字值轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。因此，也可代替PWM部55而使用D/A(數(shù)字/模擬)部。

在PWM部55的后段設(shè)置著加熱器電路50，加熱器電路50的輸出利用PWM部55的輸出而控制。加熱器電路50如后述那樣設(shè)置在第一晶體振子10及第二晶體振子20的附近。加熱器電路50具備功率晶體管(power transistor)，將電壓從電壓穩(wěn)定化電路6供給到功率晶體管的集電極。而且，利用來自PWM部55的控制電壓對(duì)功率晶體管的基極電壓進(jìn)行控制，而調(diào)整功率晶體管的供給電力。因此，PI運(yùn)算部54的輸出能夠稱作：用以控制加熱器電路50的控制信號(hào)。

而且，作為PI運(yùn)算部54的輸出的數(shù)字值，是相應(yīng)于第一晶體振子10、第二晶體振子20的振蕩頻率的變化而變化，因而，也是與第一晶體振子10、第二晶體振子20所放置的環(huán)境的溫度對(duì)應(yīng)的值。因此，使PI運(yùn)算部54的輸出被輸入到1次修正部56，在一次修正部56中，對(duì)PI運(yùn)算值乘以系數(shù)，將該相乘值作為后述的頻率設(shè)定值的修正值。

另一方面，由溫度檢測部53獲得的已述的ΔF被輸入到9次修正部57。9次修正部57中，基于溫度檢測值ΔF并根據(jù)9次的溫度特性曲線，而算出對(duì)于頻率設(shè)定值的頻率修正值。該頻率修正值用以對(duì)DDS 201的動(dòng)作時(shí)鐘的頻率因溫度而變化的變動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償。該例中，將第一晶體振子10中的頻率與溫度的關(guān)系利用9次函數(shù)取得近似。此處，圖1中，由符號(hào)7表示的部位為寄存器(register)。將從外部存儲(chǔ)器82讀取的頻率設(shè)定值作為數(shù)字值而寫入到該寄存器7中，該頻率設(shè)定值被輸出到加法部58。加法部58中，對(duì)該頻率設(shè)定值加上來自9次修正部57的修正值與來自1次修正部56的修正值。

利用來自9次修正部57的修正值，對(duì)第一晶體振子10的振蕩頻率修正與溫度變動(dòng)對(duì)應(yīng)的變化量。然而，關(guān)于PLL電路部200或DDS 201等的周邊設(shè)備的特性也會(huì)因溫度而改變，因而，僅利用來自9次修正部57的修正值，無法高精度地進(jìn)行從電壓控制振蕩器205獲得的振蕩頻率的溫度補(bǔ)償。因此，為了補(bǔ)償周邊設(shè)備的特性因溫度而變化的量，利用加法部58將由1次修正部56獲得的修正值與頻率設(shè)定值相加。

圖3是概略地表示由1次修正部56進(jìn)行的設(shè)定頻率的修正的比例的曲線圖，是縱軸表示電壓控制振蕩器205的輸出頻率的變動(dòng)率、橫軸表示外部氣體溫度的曲線圖。虛線a表示由周邊設(shè)備的特性因溫度而變化所引起的電壓控制振蕩器205的輸出頻率的變動(dòng)率(將基準(zhǔn)溫度下的輸出頻率與此時(shí)的溫度下的輸出頻率的差分，除以基準(zhǔn)溫度下的輸出頻率所得的值)。點(diǎn)劃線b表示從一次修正部56輸出與外部氣體溫度對(duì)應(yīng)的頻率修正值時(shí)的、電壓控制振蕩器205的輸出頻率的變動(dòng)率。根據(jù)該曲線圖可知，虛線a與點(diǎn)劃線b相抵消，即便周邊設(shè)備的特性因溫度而變化，電壓控制振蕩器205的輸出頻率也穩(wěn)定。

這樣，來自加法部58的輸出值最終為頻率設(shè)定值，決定PLL電路部200的PLL中的參考頻率。DSP區(qū)塊5、PLL電路部200、寄存器7及分頻器206形成于一個(gè)集成電路部(大規(guī)模集成電路(Large Scale Integration，LSI))300內(nèi)。而且，外部存儲(chǔ)器82中存儲(chǔ)著用以使振蕩裝置1A動(dòng)作的各參數(shù)，例如在振蕩裝置1A的電源啟動(dòng)時(shí)將該參數(shù)讀取到振蕩裝置1A內(nèi)的寄存器7內(nèi)。

如上所述，作為恒溫晶體振蕩器(OCXO)的振蕩裝置1A構(gòu)成為如下裝置，即，即便作為溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(Temperature Compensate X′tal Oscillator，TCXO)而構(gòu)成，也能夠利用加熱器電路50的作用及基于溫度檢測值的頻率修正而進(jìn)行雙重的溫度對(duì)應(yīng)，且能夠高精度地使輸出穩(wěn)定。

此外，振蕩裝置1A具備：含有低壓降穩(wěn)壓器(low dropout regulator，LDO)的電壓穩(wěn)定化電路6。來自外部的電源60的電壓經(jīng)電壓穩(wěn)定化電路6而穩(wěn)定化，該穩(wěn)定化的電壓被供給到LSI 300及加熱器電路50。

圖4是振蕩裝置1A整體的縱剖側(cè)視圖，圖5是振蕩裝置1A中的后述第一基板31的俯視概略圖。使用這些圖，對(duì)振蕩裝置1A的立體構(gòu)成進(jìn)行說明。

振蕩裝置1A具備：與外容器相當(dāng)?shù)睦绶叫蔚牡诙萜?2。在第二容器42的內(nèi)部，利用作為從第二容器42的底部向上方伸出的支撐部、即導(dǎo)電性的銷62，對(duì)第二基板32以浮起的狀態(tài)進(jìn)行支撐。作為支撐部的導(dǎo)電性的銷63從第二基板32朝向上方伸出，利用導(dǎo)電性的銷63對(duì)與內(nèi)容器相當(dāng)?shù)牡谝蝗萜?1進(jìn)行支撐。也就是，第一容器41以從第二基板32浮起的狀態(tài)受到支撐。

在第一容器41的內(nèi)部，利用作為從第一容器41的底部向上方伸出的支撐部、即導(dǎo)電性的銷64，對(duì)第一基板31以浮起的狀態(tài)進(jìn)行支撐。第一基板31中，如果將配置著第二基板32側(cè)的面的相反側(cè)的面稱作上表面(一面)，則在第一基板31的中央部的上表面?zhèn)?一面?zhèn)?及下表面?zhèn)?另一面?zhèn)?分別設(shè)置著第一晶體振子10及第二晶體振子20。在第一基板31的上表面?zhèn)?，進(jìn)而將多個(gè)加熱器電路50以包圍第一晶體振子10的方式設(shè)置于銷64群組的內(nèi)側(cè)，在比加熱器電路50的群組靠外側(cè)處設(shè)置著第三晶體振子100。第三晶體振子100為包含于電壓控制振蕩器205的晶體振子。

在第一基板31的下表面?zhèn)龋诒扰c加熱器電路50的群組對(duì)應(yīng)的位置靠內(nèi)側(cè)處設(shè)置著LSI 300。而且，在與對(duì)應(yīng)于加熱器電路50的群組的位置隔開的位置，設(shè)置著回路濾波器204及外部存儲(chǔ)器82。

而且，電壓穩(wěn)定化電路6設(shè)置于第二基板32的下表面(與第一容器41相向的面的相反側(cè)的面)。

這種構(gòu)成的振蕩裝置中，外部溫度作為與第一晶體振子10及第二晶體振子20的頻率差對(duì)應(yīng)的值ΔF而被檢測，基于該ΔF對(duì)加熱器電路50的輸出電力進(jìn)行控制，而將第一晶體振子10的溫度維持為設(shè)定溫度。而且，基于ΔF，對(duì)與PLL電路部200內(nèi)的參考時(shí)鐘的頻率對(duì)應(yīng)的設(shè)定值進(jìn)行修正。此外，基于與加熱器電路部50的控制值相當(dāng)?shù)腜I運(yùn)算部54的輸出值，如所述那樣進(jìn)一步對(duì)所述設(shè)定值進(jìn)行修正。

而且，即便電源60的電源電壓發(fā)生變動(dòng)，電壓也能夠利用電壓穩(wěn)定化電路6而穩(wěn)定化，經(jīng)穩(wěn)定化的電壓被供給到加熱器電路50、PLL電路部200或DSP區(qū)塊5。

所述實(shí)施方式中，作為恒溫晶體振蕩器(OCXO)的振蕩裝置1A中，在第一容器41內(nèi)部設(shè)置著第一晶體振子10、第二晶體振子20、第一振蕩電路1、第二振蕩電路2、溫度檢測部53及加熱器電路50，該第一容器41在第二容器42內(nèi)部以浮起狀態(tài)受到支撐，并且將用以使供給到加熱器電路50的電源電壓穩(wěn)定化的電壓穩(wěn)定化電路6，在第二容器42內(nèi)部設(shè)置于與第一容器41隔開的位置。因此，供給到加熱器電路50的電壓穩(wěn)定化。而且，因電壓穩(wěn)定化電路6不易受到加熱器電路50的發(fā)熱的影響，所以結(jié)果為，能夠獲得無論振蕩裝置1A所放置的環(huán)境溫度如何均穩(wěn)定的振蕩頻率的輸出。

所述實(shí)施方式中，經(jīng)電壓穩(wěn)定化電路6穩(wěn)定化的電壓被供給到加熱器電路50的群組及LSI 300的雙方，但也可使對(duì)加熱器電路50的群組進(jìn)行電壓供給的電路與對(duì)LSI 300進(jìn)行電壓供給的電路分開。該情況下，也可設(shè)為僅在將電壓供給到加熱器電路50的群組的電路設(shè)置電壓穩(wěn)定化電路6的構(gòu)成。

進(jìn)而，所述實(shí)施方式中，為了將經(jīng)穩(wěn)定化的電壓供給到加熱器電路50的群組而使用電壓穩(wěn)定化電路6，但也可代替電壓穩(wěn)定化電路6而使用開關(guān)電源。

而且，第一晶體振子10及第二晶體振子20也可配置在設(shè)置于第一基板31的上表面?zhèn)鹊墓灿玫木w振子收納用的容器內(nèi)，或者，也可在共用的晶體振動(dòng)片劃分區(qū)域，在各自的區(qū)域形成第一晶體振子10及第二晶體振子20。

所述實(shí)施方式中，通過使用多個(gè)晶體振子而測量頻率差來檢測溫度，但即便構(gòu)成為使用熱敏電阻(thermistor)作為這些晶體振子的代替來檢測溫度，也可獲得相同的效果。

此外，本發(fā)明的振蕩裝置不限于圖1的電路構(gòu)成，也可例如代替加法部58的后段的PLL電路部200，而使用電壓控制振蕩器。該情況下，加法部58的輸出被用作該電壓控制振蕩器的控制電壓。

圖6表示為了確認(rèn)本發(fā)明的效果而進(jìn)行的試驗(yàn)的結(jié)果。圖1的電路中，將電壓控制振蕩器205的輸出頻率設(shè)定為20MHz，使電源電壓呈矩形狀以±1％變化。圖6中，縱軸表示電壓控制振蕩器205的輸出頻率的變動(dòng)率，橫軸表示經(jīng)過時(shí)間，為了容易理解，利用實(shí)線a重疊顯示電壓的推移。虛線b表示未設(shè)置電壓穩(wěn)定化電路6的情況下的特性，點(diǎn)劃線c表示使用所述實(shí)施方式的情況下的特性。在未設(shè)置電壓穩(wěn)定化電路6的情況下，頻率變動(dòng)最大為±0.5ppb，所述實(shí)施方式中，頻率變動(dòng)最大為±0.1ppb。因此，理解為根據(jù)所述實(shí)施方式而實(shí)現(xiàn)了輸出頻率的穩(wěn)定化。

符號(hào)的說明

1A：振蕩裝置

1：第一振蕩電路

2：第二振蕩電路

10：第一晶體振子

20：第二晶體振子

5：DSP區(qū)塊

53：溫度檢測部

55：PWM部

56：一次修正部

50：加熱器電路

6：電壓穩(wěn)定化電路

7：寄存器

82：外部存儲(chǔ)器

100：晶體振子(VCXO)

200：PLL電路部

300：集成電路部(LSI)

31：第一基板

32：第二基板

41：第一容器

42：第二容器