JP2015173310A - crystal oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水晶発振器に係り、特に外部からの加速度の影響を抑え、良好な特性の周波数信号を出力することができる水晶発振器に関する。 The present invention relates to a crystal oscillator, and more particularly to a crystal oscillator that can suppress the influence of external acceleration and can output a frequency signal with good characteristics.
[先行技術の説明]
水晶発振器は、水晶片の切断角度に対して、特定方向の加速度が加わると特定量の周波数変動を生じる加速度感度を備えており、外部からの加速度の影響により周波数が変動する。
加速度感度は、特定の方向に対する指向性を持っており、水晶発振器が設置される姿勢によって出力周波数特性が大きく変わってしまうことがある。
更に、用途によっては、外部からの加速度の変化が大きく、加速度感度の影響が大きくなる場合もある。
加速度感度を低減するためには、水晶片を小型化すればよいが、小型化すると周波数安定度(特にエージング特性)が劣化するため、小型化にも限度がある。
[Description of Prior Art]
The crystal oscillator has acceleration sensitivity that generates a specific amount of frequency fluctuation when acceleration in a specific direction is applied to the cutting angle of the crystal piece, and the frequency fluctuates due to the influence of external acceleration.
The acceleration sensitivity has directivity in a specific direction, and the output frequency characteristic may vary greatly depending on the orientation in which the crystal oscillator is installed.
Furthermore, depending on the application, the change in acceleration from the outside is large, and the influence of acceleration sensitivity may be large.
In order to reduce the acceleration sensitivity, the crystal piece may be reduced in size. However, since the frequency stability (especially the aging characteristics) deteriorates when the size is reduced, there is a limit to downsizing.
[関連技術]
尚、加速度による周波数変動を補償する発振器の従来技術としては、特開2010−206346号公報「振動補償型の水晶発振器」(日本電波工業株式会社、特許文献1)がある。
特許文献1には、MEMSマイクロフォンを用いた加速度センサを備え、水晶振動子に対する外来振動に起因した加速度を検出し、当該加速度による周波数変動を補償する水晶発振器が記載されている。
[Related technologies]
As a prior art of an oscillator that compensates for frequency fluctuations due to acceleration, there is Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2010-206346, “vibration compensation type crystal oscillator” (Nippon Denpa Kogyo Co., Ltd., Patent Document 1).
上述したように、従来の水晶発振器では、水晶片の加速度感度によって、外部からの振動や重力による加速度によって出力周波数が変動してしまうという問題点があった。 As described above, the conventional crystal oscillator has a problem that the output frequency fluctuates due to external vibration or acceleration due to gravity depending on the acceleration sensitivity of the crystal piece.
尚、特許文献1には、同一規格の水晶発振回路部を基板を挟んで向かい合わせに搭載して、それぞれから出力される周波数信号を混合して、加速度感度を相殺することは記載されていない。
Note that
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、外部からの加速度の影響を抑え、安定した周波数信号を出力することができる水晶発振器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a crystal oscillator capable of suppressing the influence of external acceleration and outputting a stable frequency signal.
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、基準信号を生成する基準信号生成部と、基準信号に基づいて周波数信号を生成して出力する電圧制御発振器部とを備えた水晶発振器であって、基準信号生成部が、同一の水晶片を備えた第1の水晶発振回路部及び第2の水晶発振回路部と、第1の水晶発振回路部からの周波数信号と第2の水晶発振回路部からの周波数信号とを混合して、基準信号として出力する周波数ミキサ回路と、第1の水晶発振回路部及び第2の水晶発振回路部を搭載する基板とを備え、第1の水晶発振回路部は、正立した状態で基板に搭載され、第2の水晶発振回路部は、倒立した状態で基板に搭載されていることを特徴としている。 The present invention for solving the problems of the conventional example is a crystal oscillator including a reference signal generation unit that generates a reference signal, and a voltage-controlled oscillator unit that generates and outputs a frequency signal based on the reference signal. The reference signal generation unit includes a first crystal oscillation circuit unit and a second crystal oscillation circuit unit including the same crystal piece, a frequency signal from the first crystal oscillation circuit unit, and a second crystal oscillation. A frequency mixer circuit that mixes frequency signals from the circuit unit and outputs the mixed signal as a reference signal; and a substrate on which the first crystal oscillation circuit unit and the second crystal oscillation circuit unit are mounted. The circuit unit is mounted on the substrate in an upright state, and the second crystal oscillation circuit unit is mounted on the substrate in an inverted state.
また、本発明は、上記水晶発振器において、周波数ミキサ回路は、低周波フィルタを備え、混合された信号の低周波成分を出力することを特徴としている。 According to the present invention, in the crystal oscillator, the frequency mixer circuit includes a low-frequency filter, and outputs a low-frequency component of the mixed signal.
また、本発明は、上記水晶発振器において、第2の水晶発振回路部は、基板において、第1の水晶発振回路部とは反対の面に、第1の水晶発振回路部と対向するように搭載されていることを特徴としている。 According to the present invention, in the crystal oscillator, the second crystal oscillation circuit unit is mounted on the surface of the substrate opposite to the first crystal oscillation circuit unit so as to face the first crystal oscillation circuit unit. It is characterized by being.
また、本発明は、上記水晶発振器において、加速度を検出する加速度センサと、第1及び第2の水晶発振回路部からの周波数信号を入力して、周波数信号のいずれかを選択して、基準信号として出力する選択回路と、動作モードとして、相殺モード又は選択モードのいずれかを設定するスイッチと、スイッチによって、相殺モードが設定された場合には、第1及び第2の水晶発振回路部からの周波数信号を周波数ミキサ回路に出力し、選択モードが設定された場合には、周波数信号を選択回路に出力する切り替え回路とを備え、選択回路は、第1又は第2の水晶発振回路部の内、加速度センサで検出された加速度に対して感度の低い方を選択して、当該選択された水晶発振回路部からの周波数信号を出力することを特徴としている。 According to the present invention, in the crystal oscillator described above, an acceleration sensor for detecting acceleration and a frequency signal from the first and second crystal oscillation circuit units are input, and one of the frequency signals is selected and a reference signal is selected. When the cancellation mode is set by the switch, the selection circuit that outputs as the operation mode, the switch that sets either the cancellation mode or the selection mode as the operation mode, the first and second crystal oscillation circuit units A switching circuit that outputs a frequency signal to the frequency mixer circuit and outputs a frequency signal to the selection circuit when the selection mode is set, and the selection circuit is included in the first or second crystal oscillation circuit unit. The method is characterized in that the one having the lower sensitivity to the acceleration detected by the acceleration sensor is selected and the frequency signal from the selected crystal oscillation circuit unit is output.
また、本発明は、基準信号を生成する基準信号生成部と、基準信号に基づいて周波数信号を生成して出力する電圧制御発振器部とを備えた水晶発振器であって、基準信号生成部が、同一の水晶片を備えた複数の水晶発振回路部と、水晶発振回路部が搭載される基板と、加速度を検出する加速度センサと、複数の水晶発振回路部からの周波数信号からいずれかを選択して、基準信号として出力する選択回路とを備え、複数の水晶発振回路部は、互いに水晶片の角度が異なる向きとなるよう基板に搭載されており、選択回路は、複数の水晶発振回路部の中から、加速度センサで検出された加速度に対して最も感度の低い水晶発振回路部を選択して、当該水晶発振回路部からの周波数信号を出力することを特徴としている。 Further, the present invention is a crystal oscillator including a reference signal generation unit that generates a reference signal and a voltage-controlled oscillator unit that generates and outputs a frequency signal based on the reference signal, and the reference signal generation unit includes: Select one of multiple crystal oscillation circuit units with the same crystal piece, a substrate on which the crystal oscillation circuit unit is mounted, an acceleration sensor that detects acceleration, and frequency signals from multiple crystal oscillation circuit units. And a plurality of crystal oscillation circuit units are mounted on the substrate so that the angles of the crystal pieces are different from each other, and the selection circuit includes the plurality of crystal oscillation circuit units. The crystal oscillation circuit unit having the lowest sensitivity to the acceleration detected by the acceleration sensor is selected from the inside, and the frequency signal from the crystal oscillation circuit unit is output.
また、本発明は、水晶発振回路部が、xy平面と、yz平面と、xz平面にそれぞれ搭載されていることを特徴としている。 Further, the present invention is characterized in that the crystal oscillation circuit section is mounted on each of the xy plane, the yz plane, and the xz plane.
本発明によれば、基準信号を生成する基準信号生成部と、基準信号に基づいて周波数信号を生成して出力する電圧制御発振器部とを備えた水晶発振器であって、基準信号生成部が、同一の水晶片を備えた第1の水晶発振回路部及び第2の水晶発振回路部と、第1の水晶発振回路部からの周波数信号と第2の水晶発振回路部からの周波数信号とを混合して、基準信号として出力する周波数ミキサ回路と、第1の水晶発振回路部及び第2の水晶発振回路部を搭載する基板とを備え、第1の水晶発振回路部は、正立した状態で基板に搭載され、第2の水晶発振回路部は、倒立した状態で基板に搭載されている水晶発振器としているので、2つの水晶片が上下に反転した状態で搭載されることになり、少なくとも上下方向の加速度感度を相殺して、外部からの加速度の影響を低減して安定度の高い基準信号を生成することができ、特性の良好な安定した周波数信号を出力することができる効果がある。 According to the present invention, a crystal oscillator including a reference signal generation unit that generates a reference signal and a voltage-controlled oscillator unit that generates and outputs a frequency signal based on the reference signal, the reference signal generation unit includes: The first crystal oscillation circuit unit and the second crystal oscillation circuit unit including the same crystal piece, and the frequency signal from the first crystal oscillation circuit unit and the frequency signal from the second crystal oscillation circuit unit are mixed. And a substrate on which the first crystal oscillation circuit unit and the second crystal oscillation circuit unit are mounted, and the first crystal oscillation circuit unit is in an upright state. Since the second crystal oscillation circuit unit mounted on the substrate is a crystal oscillator mounted on the substrate in an inverted state, the two crystal pieces are mounted upside down, and at least Cancel the acceleration sensitivity in the direction By reducing the influence of the acceleration from the can produce high stability reference signal, an effect which can output a good stable frequency signal characteristics.
また、本発明によれば、上記水晶発振器において、加速度を検出する加速度センサと、第1及び第2の水晶発振回路部からの周波数信号を入力して、周波数信号のいずれかを選択して、基準信号として出力する選択回路と、動作モードとして、相殺モード又は選択モードのいずれかを設定するスイッチと、スイッチによって、相殺モードが設定された場合には、第1及び第2の水晶発振回路部からの周波数信号を周波数ミキサ回路に出力し、選択モードが設定された場合には、周波数信号を選択回路に出力する切り替え回路とを備え、選択回路は、第1又は第2の水晶発振回路部の内、加速度センサで検出された加速度に対して感度の低い方を選択して、当該選択された水晶発振回路部からの周波数信号を出力する水晶発振器としているので、用途や要求される特性に応じてモードを選択することにより、所望の動作によって特性の良好な周波数信号を出力することができる効果がある。 According to the present invention, in the crystal oscillator, an acceleration sensor for detecting acceleration and a frequency signal from the first and second crystal oscillation circuit units are input, and one of the frequency signals is selected, A selection circuit that outputs as a reference signal, a switch that sets either the cancellation mode or the selection mode as an operation mode, and the first and second crystal oscillation circuit sections when the cancellation mode is set by the switch And a switching circuit that outputs the frequency signal to the selection circuit when the selection mode is set, and the selection circuit includes the first or second crystal oscillation circuit unit. Of these, the crystal oscillator that selects the lower sensitivity to the acceleration detected by the acceleration sensor and outputs the frequency signal from the selected crystal oscillation circuit section. By selecting the mode according to the application and required characteristics, there is an effect that it is possible to output a high frequency signal characteristics by the desired operation.
また、本発明によれば、基準信号を生成する基準信号生成部と、基準信号に基づいて周波数信号を生成して出力する電圧制御発振器部とを備えた水晶発振器であって、基準信号生成部が、同一の水晶片を備えた複数の水晶発振回路部と、水晶発振回路部が搭載される基板と、加速度を検出する加速度センサと、複数の水晶発振回路部からの周波数信号からいずれかを選択して、基準信号として出力する選択回路とを備え、複数の水晶発振回路部は、互いに水晶片の角度が異なる向きとなるよう基板に搭載されており、選択回路は、複数の水晶発振回路部の中から、加速度センサで検出された加速度に対して最も感度の低い水晶発振回路部を選択して、当該水晶発振回路部からの周波数信号を出力する水晶発振器としているので、外部からの加速度の影響を低減して安定度の高い基準信号を生成でき、特性の良好な安定した周波数信号を出力することができる効果がある。 According to the present invention, there is provided a crystal oscillator comprising a reference signal generation unit that generates a reference signal and a voltage controlled oscillator unit that generates and outputs a frequency signal based on the reference signal, the reference signal generation unit Is selected from a plurality of crystal oscillation circuit units having the same crystal piece, a substrate on which the crystal oscillation circuit unit is mounted, an acceleration sensor for detecting acceleration, and a frequency signal from the plurality of crystal oscillation circuit units. And a plurality of crystal oscillation circuit units are mounted on the substrate so that the angles of the crystal pieces are different from each other, and the selection circuit includes a plurality of crystal oscillation circuits. The crystal oscillator circuit unit that is the least sensitive to the acceleration detected by the acceleration sensor is selected from these units, and the crystal oscillator that outputs the frequency signal from the crystal oscillator circuit unit is used. By reducing the influence of the degree it can be generated with high stability reference signal, an effect which can output a good stable frequency signal characteristics.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る水晶発振器は、基準信号を生成する基準信号生成部と、基準信号に基づいて特定の周波数信号を出力する電圧制御発振器部とを備えた水晶発振器であって、基準信号生成部が、同一の水晶片を有し、基板の表面と裏面にそれぞれ搭載された第1及び第2の水晶発振回路部と、第1,第2の水晶発振回路部からの出力周波数信号を混合して低周波成分を基準信号として取り出す周波数ミキサ回路部とを備えた構成としており、2つの水晶発振回路部における水晶片の向きが上下反対になるため、上下方向の加速度感度による周波数変動を相殺して、外部からの加速度の影響を低減した基準信号を生成して電圧制御発振器部に供給することができ、特性の良好な安定した周波数信号を出力することができるものである。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Outline of the embodiment]
A crystal oscillator according to an embodiment of the present invention is a crystal oscillator including a reference signal generation unit that generates a reference signal and a voltage-controlled oscillator unit that outputs a specific frequency signal based on the reference signal. The signal generation unit includes the same crystal piece, and the first and second crystal oscillation circuit units mounted on the front and back surfaces of the substrate, respectively, and output frequency signals from the first and second crystal oscillation circuit units And a frequency mixer circuit unit that extracts low frequency components as a reference signal by mixing the two, and the crystal pieces in the two crystal oscillation circuit units are upside down, so frequency fluctuations due to acceleration sensitivity in the vertical direction The reference signal with reduced influence of external acceleration can be generated and supplied to the voltage controlled oscillator unit, and a stable frequency signal with good characteristics can be output.
また、本発明の実施の形態に係る水晶発振器は、基準信号生成部が、基板上で搭載方向の異なる複数の水晶発振回路部を備え、加速度センサによって検出した加速度に基づいて、最も加速度の影響が小さくなる水晶発振回路部からの出力を選択して、基準信号として出力するものであり、外部からの加速度の影響を低減し、安定した基準周波数信号に基づいて、良好な周波数信号を出力できるものである。 Further, in the crystal oscillator according to the embodiment of the present invention, the reference signal generation unit includes a plurality of crystal oscillation circuit units having different mounting directions on the substrate, and the influence of the acceleration is based on the acceleration detected by the acceleration sensor. Selects the output from the crystal oscillation circuit section where the signal becomes smaller and outputs it as a reference signal, reducing the influence of external acceleration and outputting a good frequency signal based on a stable reference frequency signal Is.
[第1の実施の形態:図1]
本発明の第1の実施の形態に係る水晶発振器について図1を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る水晶発振器の概略構成を示す断面図である。
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る水晶発振器(第1の水晶発振器)は、基本的に、メイン基板1の上面に、水晶発振回路部2と、水晶振動子4と、制御回路IC5が搭載され、メイン基板1の下面に、水晶発振回路部3が搭載されており、各種部品が搭載されたメイン基板1が金属カバー6によって覆われた構成である。図では省略しているが、金属カバー6の底面部は、ベースとなっている。
[First Embodiment: FIG. 1]
A crystal oscillator according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the crystal oscillator according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the crystal oscillator (first crystal oscillator) according to the first embodiment of the present invention basically includes a crystal
そして、ピン13によってメイン基板1が金属カバー6の底面部のベースに固定され、ベースの裏面に設けられたフットパターン61に接続されている。ここでは、SMD(Surface Mount Device;表面実装)タイプのフットパターンとしているが、ピンタイプであってもよい。
And the main board |
各部について説明する。
水晶発振回路部2は、サブ基板20の一面に、水晶振動子21と、発振回路IC22とが搭載され、全体が金属カバー25によって覆われており、サブ基板20が、ピン23によって金属カバー25の下部のベースに固定され、更にベース裏面のフットパターン11に接続されている。フットパターン11は、SMDタイプでもリードタイプでもよい。
Each part will be described.
In the crystal
水晶振動子21は、水晶片が搭載され、周波数を発振する。ここではSMD型を示しているが、リードタイプであってもよい。
発振回路IC22は、発振回路、バッファ、温度制御回路、温度補償回路、その他個別部品やモジュール等の回路素子が搭載されたICであり、発振の制御や温度補償制御等を行う。
The
The oscillation circuit IC22 is an IC on which an oscillation circuit, a buffer, a temperature control circuit, a temperature compensation circuit, and other circuit elements such as individual components and modules are mounted, and performs oscillation control, temperature compensation control, and the like.
同様に、水晶発振回路部3は、サブ基板30の一面に、水晶振動子31と、発振回路IC32とが搭載され、全体が金属カバー35によって覆われており、サブ基板30が、ピン33によって金属カバー35のベース(図1では上面に相当する)に固定され、フットパターン12に接続されている。
Similarly, in the crystal
第1の水晶発振器の特徴として、水晶発振回路部2と水晶発振回路部3とは、基本的に同一の水晶片及び電子部品を用いた同一設計(同型)のものであり、メイン基板1の上面と下面に、メイン基板1を挟んで搭載されている。
図1の例では、水晶発振回路部2は、正立した状態でメイン基板1の上面に搭載され、水晶発振回路部3は上下逆さになった状態(倒立した状態、裏返しの状態)でメイン基板1の下面に搭載されている。
As a feature of the first crystal oscillator, the crystal
In the example of FIG. 1, the crystal
倒立した状態とすることにより、水晶発振回路部3の水晶片の向きは、水晶発振回路部2の水晶片とは上下反対になる。
また、水晶発振回路部2と水晶発振回路部3は、同一の構成であるから、上下に加えて、左右又は前後(奥行き方向)のいずれかが反対になる。
図1では、水晶発振回路部2と水晶発振回路部3は、内部の水晶片の向きが上下及び前後に180度反転した状態を示している。この場合、左右方向の向きは両者で一致している。
With the inverted state, the direction of the crystal piece of the crystal
In addition, since the crystal
In FIG. 1, the crystal
このように搭載することによって、図1の例では、外部から加速度が加わった場合に、2つの水晶片において、上下方向及び前後(奥行き)方向に反対向きの力が働くことになり、これらの方向の加速度成分による周波数変動の方向も反対となる。
水晶発振回路部2及び水晶発振回路部3の搭載例としては、上下及び左右を反転させてもよい。
いずれの場合でも、2つの水晶片が上下方向に反転して搭載されるため、上下方向の振動等による加速度の影響を相殺することは可能である。
By mounting in this way, in the example of FIG. 1, when acceleration is applied from the outside, forces in opposite directions are exerted on the two crystal pieces in the vertical direction and the front-rear (depth) direction. The direction of frequency fluctuation due to the direction acceleration component is also opposite.
As an example of mounting the crystal
In any case, since the two crystal pieces are mounted so as to be inverted in the vertical direction, it is possible to cancel the influence of the acceleration due to the vertical vibration or the like.
また、第1の水晶発振器を製品基板に実装する際には、用途に応じて適切な向きの加速度感度が相殺されるように実装することが望ましい。
その際には、製品において加速度の影響が大きく、その影響を低減したい方向と、水晶発振回路部2,3の水晶片が反転している方向とが一致するよう、第1の水晶発振器の向きを合わせて実装することが考えられる。
Further, when mounting the first crystal oscillator on the product substrate, it is desirable to mount the first crystal oscillator so that the acceleration sensitivity in an appropriate direction is canceled according to the application.
At that time, the direction of the first crystal oscillator is such that the influence of acceleration is large in the product and the direction in which the influence is desired to be reduced coincides with the direction in which the crystal pieces of the crystal
また、図1では、水晶発振回路部3は、メイン基板1を挟んで水晶発振回路部2に対向して搭載されているが、対向せずに、例えば水晶振動子4や制御回路IC5の下に搭載してもよい。
In FIG. 1, the crystal
更に、ここでは水晶発振回路部3をメイン基板1の下面に搭載しているが、倒立の状態で搭載可能であれば、メイン基板1の上面に水晶発振回路部3を搭載しても構わない。
また、同様に、可能であれば水晶発振回路部2を正立の姿勢でメイン基板1の下面に搭載してもよい。
Further, here, the crystal
Similarly, if possible, the crystal
そして、第1の水晶発振器では、反対方向に変動した2つの周波数を混合して、2方向の加速度成分による変動が相殺された(以下、単に「変動が相殺された」とする)周波数を取り出し、基準信号として用いている。水晶発振回路部2,3と後述する周波数ミキサとで、基準信号を生成する基準信号生成部を構成している。
In the first crystal oscillator, two frequencies that fluctuate in opposite directions are mixed to extract a frequency in which fluctuations due to acceleration components in two directions are canceled (hereinafter simply referred to as “fluctuation is canceled”). Is used as a reference signal. The crystal
更に、水晶発振回路部2,3は、水晶片だけでなく、バッファ、温度制御回路、温度補償回路等も同一の規格としており、加速度感度以外の特性差も抑えている。
尚、ここでは、水晶発振回路部2,3を温度補償型水晶発振器(TCXO)としているが、SPXO(Simple Packaged Crystal Oscillator)、VCXO(Voltage Controlled Crystal Oscillator)、OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)等の他のタイプであっても構わない。
Further, in the crystal
Here, although the crystal
また、水晶振動子4は、制御回路IC5に設けられた発振回路と共に電圧制御型水晶発振器(VCXO)を構成する振動子であり、VCXOは、制御電圧に応じた周波数信号を出力する。
The
制御回路IC5は、VCXO用発振回路や、PLL回路、周波数ミキサ、その他の回路及び素子を備えたICであり、PLL回路は、基準信号と水晶振動子4からの出力信号との位相差に基づいて、VCXOに対する制御電圧を生成し、VCXOの出力が一定周波数となるよう制御する。
The control circuit IC5 is an IC including a VCXO oscillation circuit, a PLL circuit, a frequency mixer, and other circuits and elements. The PLL circuit is based on the phase difference between the reference signal and the output signal from the
制御回路IC5に設けられている周波数ミキサは、第1の水晶発振器の特徴部分であり、水晶発振回路部2からの出力信号と水晶発振回路部3からの出力信号とを混合して検波し、帯域制限して出力するものである。周波数ミキサについては後述する。
The frequency mixer provided in the control circuit IC5 is a characteristic part of the first crystal oscillator, mixes and detects the output signal from the crystal
[回路ブロック図:図2]
次に、第1の水晶発振器の回路ブロック構成について図2を用いて説明する。図2は、第1の水晶発振器の回路ブロック構成図である。
図2に示すように、第1の水晶発振器は、水晶振動子X1及び発振回路部22とを備えた水晶発振回路部2と、水晶振動子X2及び発振回路部32とを備えた水晶発振回路部3と、周波数ミキサ回路51と、水晶振動子X3と、VCXO発振回路部52とを備えている。
水晶発振回路部2、水晶発振回路部3、及び周波数ミキサ回路51を含む構成が、請求項に記載した基準信号生成部に相当し、水晶振動子X3及びVCXO発振回路部52が電圧制御発振器部に相当する。また、水晶発振回路部2が第1の水晶発振回路部に相当し、水晶発振回路部3が第2の水晶発振回路部に相当している。
[Circuit block diagram: FIG. 2]
Next, the circuit block configuration of the first crystal oscillator will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a circuit block diagram of the first crystal oscillator.
As shown in FIG. 2, the first crystal oscillator includes a crystal
The configuration including the crystal
水晶振動子X1,X2は、図1の水晶振動子21,31に相当しており、それぞれ、周波数信号f1,f2を出力する。
また、周波数ミキサ回路51と、VCXO発振回路部52は、図1の制御回路IC5に設けられている。
尚、VCXO発振回路部52には、PLL回路や他の素子等も設けられている。
The crystal resonators X1 and X2 correspond to the
Further, the
The VCXO
周波数ミキサ回路51は、基本的に、乗算器と、検波器と、低周波フィルタとを備え、乗算器で水晶発振回路部2と水晶発振回路部3の出力信号を混合し、検波器で混合波形を検波して、低周波フィルタによって低周波成分を取り出す。
具体的には、周波数ミキサ回路51の出力信号f3は、f3=f1−f2となる。
The
Specifically, the output signal f3 of the
水晶振動子X1,X2が、外部からの加速度の影響を受けて、それぞれ偏差Δf1,Δf2を生じているとすると、水晶振動子X1とX2は、2方向について互いに180度反転した状態で搭載されているため、当該2方向の加速度の影響も逆向きになり、個々の水晶発振回路部2,3の加速度感度が相殺される。すなわち、混合された周波数(f1−f2)において、Δf1とΔf2とはほぼ相殺される。
これにより、周波数ミキサ回路51からの出力周波数信号f3は、加速度の影響による周波数偏差を低減したものとなる。
If the crystal resonators X1 and X2 are affected by acceleration from the outside and cause deviations Δf1 and Δf2, respectively, the crystal resonators X1 and X2 are mounted in a state where they are inverted by 180 degrees in two directions. Therefore, the influence of the acceleration in the two directions is also reversed, and the acceleration sensitivity of the individual crystal
As a result, the output frequency signal f3 from the
そして、この周波数信号f3をVCXO発振回路部52のPLL回路に基準信号として入力し、水晶振動子X3を含むVCXOによって所望の周波数信号を出力する。
用途としては、例えば、車載無線機器、航空無線機器、業務用無線機、通信基地局等が考えられる。
The frequency signal f3 is input as a reference signal to the PLL circuit of the VCXO
Possible uses include, for example, in-vehicle wireless devices, aeronautical wireless devices, commercial wireless devices, communication base stations, and the like.
[第1の実施の形態の効果]
本発明の第1の実施の形態に係る水晶発振器によれば、同一の水晶発振回路部2と水晶発振回路部3とが、メイン基板1の上面と下面に、それぞれ正立、倒立の状態で搭載され、周波数ミキサ回路51が、水晶発振回路部2と水晶発振回路部3の出力信号を混合して検波して、低周波成分のf1−f2を取り出し、基準信号としてVCXO発振回路部52のPLL回路に供給する水晶発振器としているので、2つの水晶発振回路部2,3の加速度感度が互いに相殺されることになり、外部からの加速度の影響を低減して安定した基準信号f3を生成することができ、良好な特性の出力周波数信号を得ることができる効果がある。
[Effect of the first embodiment]
According to the crystal oscillator according to the first embodiment of the present invention, the same crystal
[第2の実施の形態:図3]
次に、本発明の第2の実施の形態に係る水晶発振器について図3を用いて説明する。図3は、本発明の第2の実施の形態に係る水晶発振器の回路ブロック図である。
本発明の第2の実施の形態に係る水晶発振器(第2の水晶発振器)は、搭載方向を変えた複数の水晶発振回路部を備え、検出された加速度に対して最も加速度感度が小さい向きに搭載されている水晶発振回路部を選択して、その出力信号を基準信号として出力するものであり、加速度が刻々と変化するような場合でも加速度の影響を低減できるものである。
[Second Embodiment: FIG. 3]
Next, a crystal oscillator according to a second embodiment of the invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a circuit block diagram of the crystal oscillator according to the second embodiment of the present invention.
The crystal oscillator (second crystal oscillator) according to the second embodiment of the present invention includes a plurality of crystal oscillation circuit units whose mounting directions are changed, and has a direction in which the acceleration sensitivity is the smallest with respect to the detected acceleration. The mounted crystal oscillation circuit section is selected and its output signal is output as a reference signal, and the influence of acceleration can be reduced even when the acceleration changes every moment.
図3に示すように、第2の水晶発振器は、水晶発振回路部7としての水晶発振回路部7a,7b,7cと、加速度センサ74と、選択回路75と、VCXO発振回路IC76と、水晶振動子X7とを備えている。
上記構成の内、VCXO発振回路部76及び水晶振動子X7は、上述した第1の水晶発振器と同様の構成及び動作であるため、説明は省略する。
As shown in FIG. 3, the second crystal oscillator includes crystal
Among the above-described configurations, the VCXO
水晶発振回路部7aは、水晶振動子X4と発振回路IC71とを備え、水晶発振回路部7bは、水晶振動子X5と発振回路IC72とを備え、水晶発振回路部7cは、水晶振動子X6と発振回路IC73とを備えており、3つの水晶発振回路部7a,7b,7cは全て同一規格のものである。各構成部品は、メイン基板に搭載されている。
The crystal oscillation circuit unit 7a includes a crystal resonator X4 and an oscillation circuit IC71, the crystal
そして、第2の水晶発振器の特徴として、3つの水晶発振回路部7a,7b,7cは、それぞれ、第2の水晶発振器内部で異なる面内に設置されている。
例えば、水晶発振回路部7aは、xy平面に設置され、水晶発振回路部7bはyz平面に設置され、水晶発振回路部7cはxz平面に設置されている。
具体的には、第2の水晶発振器では、xy平面、yz平面、xz平面に基板を設け、それぞれの基板に各水晶発振回路部7a,7b,7cが搭載されている。つまり、各水晶発振回路部は、互いに直交する姿勢で搭載されている。
尚、xy平面、yz平面、xz平面の基板のいずれかをメイン基板としてもよい。
As a feature of the second crystal oscillator, the three crystal
For example, the crystal oscillation circuit unit 7a is installed on the xy plane, the crystal
Specifically, in the second crystal oscillator, substrates are provided on the xy plane, the yz plane, and the xz plane, and the crystal
Note that any of the xy, yz, and xz plane substrates may be used as the main substrate.
加速度センサ74は、外部からの加速度の方向及び大きさを検出し、選択回路に出力する。
加速度センサ74としては、例えば、センサ素子として水晶を用いて、重力や移動体による加速度等を周波数によって検出するものがある。
The
As the
選択回路75は、加速度センサ74からの情報に基づいて、3つの水晶発振回路部7a,7b,7cの中から最も加速度の影響の小さいものを選択して、当該選択された水晶発振回路部の出力周波数信号を基準信号としてVCXO発振回路部76に出力する。
Based on the information from the
具体的には、選択回路75は、各水晶発振回路部7に搭載されている水晶片の特性に基づいて、異なる向きに設置された水晶発振回路部7a,7b,7cについて各方向の加速度に対応する感度(周波数の変化量)を記憶している。
そして、加速度センサ74からの加速度の情報に基づいて、その方向の加速度に対して最も感度が低く、周波数の変動が小さい水晶発振回路部7を選択する。
Specifically, the
Based on the acceleration information from the
つまり、選択回路75は、外部からの加速度に対して最も加速度感度が低く、周波数変動が小さい向きに搭載されている水晶発振回路部7を選択して、当該水晶発振回路部7の出力周波数信号をVCXO発振回路部76に供給するものである。
That is, the
これにより、第2の水晶発振器では、加速度が刻々と変化する環境であっても、その影響が最も小さくなる水晶発振回路部7を選択することができ、外部からの加速度による周波数変動を抑え、安定した基準信号を生成して、VCXOから良好な周波数信号を出力することができるものである。 Thereby, in the second crystal oscillator, even in an environment where the acceleration changes every moment, it is possible to select the crystal oscillation circuit unit 7 that minimizes the influence, suppressing frequency fluctuation due to the acceleration from the outside, A stable reference signal can be generated and a good frequency signal can be output from the VCXO.
尚、ここでは、水晶発振回路部7の数を3個としたが、用途や要求される特性に応じて4個以上であってもよいし、2個としてもよい。 Here, the number of the crystal oscillation circuit units 7 is three, but may be four or more or two according to the application and required characteristics.
また、選択回路75は、特定の面(例えばxy平面)に搭載された水晶発振回路部7についての加速度感度の情報のみを記憶しておき、演算処理によって他の面に搭載された水晶発振回路部7における加速度感度を算出し、周波数のずれが最小となる水晶発振回路部7を選択するようにしてもよい。
Further, the
[第2の水晶発振器の効果]
本発明の第2の実施の形態に係る水晶発振器によれば、直交する3面に搭載された複数の水晶発振回路部7a,7b,7cを備え、選択回路75が、各水晶発振回路部7について加速度感度の情報を記憶しておき、加速度センサ74で検出された加速度の方向に基づいて、当該加速度に対する感度が最小となる水晶発振回路部7を選択し、選択された水晶発振回路部7からの周波数信号を基準信号としてVCXO発振回路部76に出力するようにしているので、外部からの加速度の影響を低減して、安定した基準信号を供給して、良好な特性の周波数信号を出力することができる効果がある。
[Effect of second crystal oscillator]
The crystal oscillator according to the second embodiment of the present invention includes a plurality of crystal
[第1の水晶発振器と第2の水晶発振器との組み合わせ]
更に、第1の水晶発振器と第2の水晶発振器とを組み合わせた構成とすることも可能である。
この場合、第1の水晶発振器の動作である加速度感度を相殺する動作モード(相殺モード)と、第2の水晶発振器の動作である複数の水晶発振回路部から加速度感度の小さいものを選択する動作モード(選択モード)の両方の動作モードを備えておき、スイッチの切り替え等によって選択されたモードでの動作を行う。
[Combination of first crystal oscillator and second crystal oscillator]
Furthermore, it is possible to adopt a configuration in which the first crystal oscillator and the second crystal oscillator are combined.
In this case, an operation mode (cancellation mode) that cancels the acceleration sensitivity that is the operation of the first crystal oscillator, and an operation that selects a plurality of crystal oscillation circuit units that have a low acceleration sensitivity from the operation of the second crystal oscillator. Both operation modes of the mode (selection mode) are prepared, and the operation in the mode selected by switching the switch or the like is performed.
例えば、図2の構成に加えて、図3の加速度センサ74と選択回路75と、更に切り替え回路を設け、切り替え回路に水晶発振回路部2と水晶発振回路部3からの周波数信号を入力し、スイッチで選択された動作モードに応じて、切り替え回路が、相殺モードの場合には周波数ミキサ回路51に出力し、選択モードの場合には選択回路75に出力するよう構成することで実現可能である。
For example, in addition to the configuration of FIG. 2, the
このような構成とすれば、相殺モードが選択された場合には第1の水晶発振器と同様の動作を行い、選択モードが選択された場合には、選択回路75において、加速度センサ74からの加速度の情報に応じて、水晶発振回路部2又は水晶発振回路部3のいずれかの出力が選択されて出力される。
これにより、要求される特性に応じて適宜モードを選択して、所望の特性の周波数信号を出力することができるものである。
With such a configuration, when the cancellation mode is selected, the same operation as that of the first crystal oscillator is performed. When the selection mode is selected, the
As a result, a frequency signal having a desired characteristic can be output by appropriately selecting a mode according to the required characteristic.
本発明は、外部からの加速度の影響を抑え、良好な特性の周波数信号を出力することができる水晶発振器に適している。 The present invention is suitable for a crystal oscillator that can suppress the influence of external acceleration and can output a frequency signal with good characteristics.
1...メイン基板、 2,3,7...水晶発振回路部、 4,21,31...水晶振動子、 5...制御回路IC、 52,76...VCXO発振回路部、 6,25,35...金属カバー、 11,12,61...フットパターン、 22,32,71,72,73...発振回路IC、 13...ピン、 20,30...サブ基板、 51...周波数ミキサ回路、 74...加速度センサ、 75...選択回路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記基準信号生成部が、同一の水晶片を備えた第1の水晶発振回路部及び第2の水晶発振回路部と、
前記第1の水晶発振回路部からの周波数信号と前記第2の水晶発振回路部からの周波数信号とを混合して、前記基準信号として出力する周波数ミキサ回路と、
前記第1の水晶発振回路部及び前記第2の水晶発振回路部を搭載する基板とを備え、
前記第1の水晶発振回路部は、正立した状態で前記基板に搭載され、前記第2の水晶発振回路部は、倒立した状態で前記基板に搭載されていることを特徴とする水晶発振器。 A crystal oscillator comprising a reference signal generating unit that generates a reference signal, and a voltage controlled oscillator unit that generates and outputs a frequency signal based on the reference signal,
The reference signal generation unit includes a first crystal oscillation circuit unit and a second crystal oscillation circuit unit including the same crystal piece;
A frequency mixer circuit that mixes a frequency signal from the first crystal oscillation circuit unit and a frequency signal from the second crystal oscillation circuit unit, and outputs the mixed signal as the reference signal;
A substrate on which the first crystal oscillation circuit unit and the second crystal oscillation circuit unit are mounted;
The first crystal oscillation circuit unit is mounted on the substrate in an upright state, and the second crystal oscillation circuit unit is mounted on the substrate in an inverted state.
第1及び第2の水晶発振回路部からの周波数信号を入力して、前記周波数信号のいずれかを選択して、基準信号として出力する選択回路と、
動作モードとして、相殺モード又は選択モードのいずれかを設定するスイッチと、
前記スイッチによって、相殺モードが設定された場合には、前記第1及び第2の水晶発振回路部からの周波数信号を周波数ミキサ回路に出力し、選択モードが設定された場合には、前記周波数信号を前記選択回路に出力する切り替え回路とを備え、
前記選択回路は、前記第1又は第2の水晶発振回路部の内、前記加速度センサで検出された加速度に対して感度の低い方を選択して、当該選択された水晶発振回路部からの周波数信号を出力することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の水晶発振器。 An acceleration sensor for detecting acceleration;
A selection circuit that inputs a frequency signal from the first and second crystal oscillation circuit units, selects one of the frequency signals, and outputs the selected signal as a reference signal;
A switch for setting either the cancellation mode or the selection mode as the operation mode;
When the cancellation mode is set by the switch, the frequency signal from the first and second crystal oscillation circuit units is output to the frequency mixer circuit, and when the selection mode is set, the frequency signal And a switching circuit that outputs to the selection circuit,
The selection circuit selects one of the first and second crystal oscillation circuit units that has a lower sensitivity to the acceleration detected by the acceleration sensor, and the frequency from the selected crystal oscillation circuit unit 4. The crystal oscillator according to claim 1, wherein a signal is output.
前記基準信号生成部が、同一の水晶片を備えた複数の水晶発振回路部と、
前記水晶発振回路部が搭載される基板と、
加速度を検出する加速度センサと、
前記複数の水晶発振回路部からの周波数信号からいずれかを選択して、前記基準信号として出力する選択回路とを備え、
前記複数の水晶発振回路部は、互いに水晶片の角度が異なる向きとなるよう前記基板に搭載されており、
前記選択回路は、前記複数の水晶発振回路部の中から、前記加速度センサで検出された加速度に対して最も感度の低い水晶発振回路部を選択して、当該水晶発振回路部からの周波数信号を出力することを特徴とする水晶発振器。 A crystal oscillator comprising a reference signal generating unit that generates a reference signal, and a voltage controlled oscillator unit that generates and outputs a frequency signal based on the reference signal,
A plurality of crystal oscillation circuit units including the same crystal piece, and the reference signal generation unit;
A substrate on which the crystal oscillation circuit unit is mounted;
An acceleration sensor for detecting acceleration;
A selection circuit that selects any one of frequency signals from the plurality of crystal oscillation circuit units and outputs the selected signal as the reference signal;
The plurality of crystal oscillation circuit units are mounted on the substrate so that the angles of the crystal pieces are different from each other,
The selection circuit selects a crystal oscillation circuit unit having the lowest sensitivity to the acceleration detected by the acceleration sensor from the plurality of crystal oscillation circuit units, and outputs a frequency signal from the crystal oscillation circuit unit. A crystal oscillator characterized by output.
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| CN114499452A (en) * | 2021-12-17 | 2022-05-13 | 北京无线电计量测试研究所 | Miniaturized temperature compensation crystal oscillator |
| JP2023014956A (en) * | 2021-07-19 | 2023-01-31 | 台灣晶技股▲ふん▼有限公司 | oscillator |
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