專利名稱：壓電振蕩器的溫度補償方法和壓電振蕩器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及根據來自GPS (Global Positioning System 全球定位系統(tǒng))衛(wèi)星的 測位信號進行位置計測的壓電振蕩器的溫度補償，尤其涉及將溫度補償功能委托給外部的 壓電振蕩器、即被搭載在TSM)(Temperature Sensor Xtal Oscillator 溫度傳感器晶體振 蕩器)上而由外部的溫度補償電路提供溫度補償功能的壓電振蕩器的溫度補償。
背景技術：
具有GPS功能的移動電話機等接收裝置以及具有GPS接收功能的移動電話器等裝 置對從多個GPS衛(wèi)星發(fā)送的測位信號進行解調/分析來測定當前位置。作為在這些接收 裝置中使用的基準振蕩器，廣泛采用了由溫度引起的頻率變化小的溫度補償型壓電振蕩器 TCXO (Temperature Compensated Xtal Oscillator 溫度補償晶體振蕩器)。其原因是內 置在接收裝置中的振蕩器的頻率精度越高，越能縮小用于捕捉從GPS衛(wèi)星發(fā)送的測位信號 的搜索范圍，從而能夠縮短搜索時間，即能夠縮短捕捉GPS衛(wèi)星的測位信號的時間，以短時 間進行測位。另一方面，對于上述接收裝置等而言，在裝置電源接通時等的啟動時，裝置整體的 溫度會短時間內上升，而對于移動電話等而言，在從室外移動到室內、從室內移動到室外 時，其溫度會急劇變動，因此存在這樣的問題在振蕩器內的溫度穩(wěn)定以前，溫度補償不穩(wěn) 定。為了解決該問題，具有以下要求在用戶側獨立地構建能夠對溫度變化作出高速響應的 溫度補償電路，從振蕩器側取得振蕩器中搭載的壓電振子的溫度信息，由此來恰當地進行 溫度補償。因此，為了對應于此，應用了在振蕩電路側不需要溫度補償電路的TSM)，在TSM) 中搭載了溫度傳感器和存儲電路，溫度傳感器將所搭載的壓電振子的溫度輸出到用戶側， 存儲電路存儲有所搭載的壓電振子的頻率溫度信息(溫度系數)，并將頻率溫度信息輸出 到用戶側(參照專利文獻1)。在使用利用了厚度剪切振動的石英振子的情況下，從振蕩器輸出的振蕩信號具有 描繪成正的三次曲線的溫度依賴性，而在搭載有上述TSM)且在用戶側具有與TSM)連接的 溫度補償電路的GPS系統(tǒng)等中，根據從溫度傳感器得到的溫度信息和從存儲電路得到的頻 率溫度信息，在溫度補償電路中計算溫度補償量來實施頻率校正，使得在任何溫度下頻率 都是恒定的。這里，存儲在存儲電路中的頻率溫度信息是在制造檢查工序中取得的，因此，從制 造時的生產量的方面看，一般是取得作為溫度上升時或溫度下降時中的任意一方的溫度變 化時的頻率溫度信息，并將其存儲到存儲電路中。專利文獻1日本特開2003-3M318號公報另外，石英振子的頻率溫度特性具有滯后(hysteresis)特性。所謂具有滯后特 性，是指石英振子在溫度上升時與下降時的溫度依賴性不同。其原因在于，石英振子隨溫度 變化而產生的畸變應力變化無法跟上實際的溫度變化，而且溫度依賴性還受到振蕩器中的 支撐結構/粘接劑/熔敷合金/電極等的熱畸變變化等的影響，且石英振子越小型化，滯后特性越顯著。另外，在搭載了上述GPS功能的移動電話終端等高精度的電子設備領域中，頻率 偏差(AfVfci)的允許范圍非常窄，例如在-30°C 85°C的溫度范圍內，要求頻率偏差(Af/ f。)在 士0. 5ppm 以內。因此，對于像以往那樣、取得作為溫度上升時或溫度下降時的任意一方的溫度變 化時的頻率溫度信息并將其存儲到存儲電路中的方法而言，由于只是保存一個方向上的頻 率溫度信息，因此，如果溫度是在與取得頻率溫度信息時相反的方向上發(fā)生變化的，則在系 統(tǒng)中即使實施了頻率校正，由滯后特性引起的振蕩頻率的差值也將作為校正誤差而照樣殘 留下來。因此，以此為原因，存在這樣的問題測位所花費的時間變長，結果可能產生測位誤 差、或者與GPS衛(wèi)星之間的同步出現(xiàn)問題。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于，著眼于上述問題點而提供一種減小了壓電振子的振蕩 頻率的滯后特性的影響、能夠以穩(wěn)定的振蕩頻率進行振蕩的壓電振蕩器的溫度補償方法和 壓電振蕩器。本發(fā)明正是為了解決上述課題中的至少一部分而完成的，可作為以下應用例來實 現(xiàn)。[應用例1]一種壓電振蕩器的溫度補償方法，所述壓電振蕩器具有壓電振子，其 在頻率溫度特性中具有滯后特性；以及振蕩電路，其使所述壓電振子振蕩而輸出振蕩信號， 所述壓電振蕩器向溫度補償電路輸出所述振蕩信號和表示所述壓電振子的振蕩頻率的溫 度特性的頻率溫度信息，其中，所述溫度補償電路能夠使用所述頻率溫度信息和所述振蕩 信號的振蕩時所述壓電振子的溫度信息來計算溫度補償量，該溫度補償方法的特征在于， 計算所述壓電振子的升溫頻率溫度信息與所述壓電振子的降溫頻率溫度信息的中間值，作 為所述頻率溫度信息，其中，所述升溫頻率溫度信息是在使所述壓電振子的周圍溫度上升 時生成的，所述降溫頻率溫度信息是在使所述周圍溫度下降時生成的。根據上述方法，在溫度補償電路中，輸入作為升溫頻率溫度信息與降溫頻率溫度 信息的中間值的頻率溫度信息，使用頻率溫度信息和壓電振子的振蕩時壓電振子的溫度信 息來計算相對于基準頻率的頻率偏差，由此來計算溫度補償量，其中，所述升溫頻率溫度信 息是在使壓電振子的周圍溫度上升時生成的，所述降溫頻率溫度信息是在使周圍溫度下降 時生成的。由此，無論在周圍溫度上升還是下降的情況下，都能夠將由壓電振子的滯后特性 引起的校正誤差抑制在一定范圍內。[應用例2]根據應用例1所述的壓電振蕩器的溫度補償方法，其特征在于，從第3 近似曲線信息中提取所述頻率溫度信息，其中，所述第3近似曲線信息是作為第1近似曲線 信息與第2近似曲線信息的中間值而計算出的，所述第1近似曲線信息是根據所述升溫頻 率溫度信息計算出的，表示所述振蕩頻率的連續(xù)的溫度特性，所述第2近似曲線信息是根 據所述降溫頻率溫度信息計算出的，表示所述振蕩頻率的連續(xù)的溫度特性。根據上述方法，從相對于溫度變化而連續(xù)變化的中間近似曲線信息中提取頻率溫 度信息。另一方面，在溫度補償電路中，根據頻率溫度信息而形成相對于溫度變化而連續(xù)變 化的振蕩頻率的近似曲線。因此，在溫度補償電路中計算出的近似曲線為第3近似曲線信息，因此能夠高精度地進行溫度補償。此外，不需要在同一溫度位置測定升溫頻率溫度信息 和降溫頻率溫度信息，因此能夠提高生成頻率溫度信息的成功率，從而抑制成本。[應用例3]根據應用例1所述的壓電振蕩器的溫度補償方法，其特征在于，根據溫 度信息、和與所述溫度信息對應的振蕩頻率信息、或與所述溫度信息對應的相對于基準頻 率的頻率偏差的信息，生成所述頻率溫度信息。由此，在壓電振蕩器側不需要進行生成溫度系數的運算，因此能夠抑制形成壓電 振蕩器時的作業(yè)負擔而抑制成本。此時，是在用戶側運算與溫度信息的曲線重合的冪級數 的溫度系數來計算溫度補償量，而在用戶側能夠獨立地運算出準確的溫度系數。[應用例4]根據應用例2所述的壓電振蕩器的溫度補償方法，其特征在于，根據從 所述第3近似曲線信息中提取的溫度系數信息來生成所述頻率溫度信息。由此，在溫度補償電路中不需要進行用于計算溫度系數的運算，因此能夠減輕用 戶側的負擔而容易地構建搭載了壓電振蕩器的系統(tǒng)。[應用例5]根據應用例1所述的壓電振蕩器的溫度補償方法，其特征在于，使用所 述降溫頻率溫度信息以及使所述周圍溫度上升到基準溫度區(qū)域而測定的溫度和頻率的信 息來近似地計算所述升溫頻率溫度信息。當求取升溫頻率溫度信息與降溫頻率溫度信息之間的頻率分量的差值時，在基準 溫度區(qū)域中差值最大，離基準溫度越遠，差值越小。因此，可使用降溫頻率溫度信息和使壓 電振子的周圍溫度上升到基準溫度區(qū)域而測定的溫度和頻率的信息來近似地計算升溫頻 率溫度信息。由此，僅在基準溫度區(qū)域中取得溫度上升時的溫度和頻率的信息即可，不需要 進行使溫度上升到比基準溫度高的高溫區(qū)域的工序。由此，能夠縮短升溫頻率溫度信息的 取得時間，因此能夠削減作業(yè)負擔而抑制成本。[應用例6]根據應用例1所述的壓電振蕩器的溫度補償方法，其特征在于，使用所 述升溫頻率溫度信息以及使所述周圍溫度下降到基準溫度區(qū)域而測定的溫度和頻率的信 息來近似地計算所述降溫頻率溫度信息?；谂c應用例5同樣的理由，可使用升溫頻率溫度信息和使壓電振子的周圍溫度 下降到基準溫度區(qū)域而測定的溫度和頻率的信息來近似地計算降溫頻率溫度信息。此外， 在溫度下降時只要對基準溫度區(qū)域進行測定即可，不需要對比基準溫度低的低溫區(qū)域進行 測定。由此，能夠縮短降溫頻率溫度信息的取得時間，因此能夠削減作業(yè)負擔而抑制成本。[應用例7]根據應用例1所述的壓電振蕩器的溫度補償方法，其特征在于，與所述 壓電振子相鄰地配置輸出與所述周圍溫度對應的檢測電壓的溫度檢測單元，作為所述檢測 電壓的函數而生成所述升溫頻率溫度信息和所述降溫頻率溫度信息，根據所述升溫頻率溫 度信息和所述降溫頻率溫度信息來計算所述頻率溫度信息，向溫度補償電路輸出所述振蕩 信號，所述溫度補償電路能夠根據所述頻率溫度信息和所述檢測電壓來計算溫度補償量， 從所述溫度檢測單元向所述溫度補償電路輸出所述檢測電壓。根據上述方法，溫度檢測單元能夠抑制測定誤差而測定壓電振子的周圍溫度，因 此能夠高精度地生成升溫頻率溫度信息和降溫頻率溫度信息，從而能高精度地計算頻率溫 度信息。此外，能夠實時且高精度地測定壓電振子的溫度信息，因此能夠抑制溫度補償電路 中的校正誤差，從而高精度地進行溫度補償。[應用例8]—種壓電振蕩器，其特征在于，該壓電振蕩器具有壓電振子，其在頻率溫度特性中具有滯后特性；振蕩電路，其使所述壓電振子振蕩而輸出振蕩信號；以及存 儲電路，在所述存儲電路中存儲有頻率溫度信息，所述頻率溫度信息表示處于以下區(qū)域中 的頻率溫度特性，所述區(qū)域是由受到所述滯后特性的影響而表現(xiàn)出來的所述振蕩信號的兩 種頻率溫度特性所圍成的區(qū)域。所謂兩種頻率溫度特性，是指壓電振子的溫度上升時的頻率溫度特性和溫度下降 時的頻率溫度特性。在上述結構中，在將壓電振蕩器與溫度補償電路連接的情況下，在溫度 補償電路中，使用處于由壓電振子的兩種頻率溫度特性所圍成的區(qū)域中的頻率溫度信息、 和壓電振子振蕩時壓電振子的溫度信息來計算相對于基準頻率的頻率偏差，由此來計算溫 度補償量。由此，成為如下的壓電振蕩器該壓電振蕩器無論在周圍溫度上升還是下降的情 況下，都能夠將由壓電振子的滯后特性引起的校正誤差抑制在一定范圍內。此外，在存儲電 路中不需要存儲升溫頻率溫度信息、降溫頻率溫度信息77b、或從它們中提取的溫度信息， 因此能夠避免存儲電路的容量負擔的增大。[應用例9]根據應用例8所述的壓電振蕩器，其特征在于，所述頻率溫度信息是根 據溫度信息、以及與所述溫度信息對應的振蕩頻率信息、或與所述溫度信息對應的相對于 基準頻率的頻率偏差的信息而生成的。由此，在壓電振蕩器側不需要進行生成溫度系數的運算，因此構成了能夠抑制形 成壓電振蕩器時的作業(yè)負擔而能抑制成本的壓電振蕩器。尤其在存儲頻率偏差信息的情況 下，位數少，因此能夠減小數據的容量，能夠使存儲電路小型化而抑制成本。[應用例10]根據應用例8所述的壓電振蕩器，其特征在于，所述頻率溫度信息是 從與所述頻率溫度特性對應的基于冪級數的近似曲線信息中提取的溫度系數。由此，成為如下的壓電振蕩器在將該壓電振蕩器與溫度補償電路連接的情況下， 在溫度補償電路中不需要進行生成溫度系數的運算，因此能夠減輕用戶側的負擔而能容易 地構建搭載了振蕩電路的系統(tǒng)。[應用例11]根據應用例8所述的壓電振蕩器，其特征在于，與所述壓電振子相鄰 地設置有輸出與所述周圍溫度對應的檢測電壓的溫度檢測單元，并且，所述頻率溫度信息 是根據表示為所述檢測電壓的函數的所述升溫頻率溫度信息和所述降溫頻率溫度信息而 計算出的，且被存儲在所述存儲電路中，所述振蕩電路向溫度補償電路輸出振蕩信號，所述 溫度補償電路使用所述頻率溫度信息和所述檢測電壓來計算溫度補償量，所述溫度檢測單 元向所述溫度補償電路輸出所述檢測電壓。根據上述結構，溫度檢測單元能夠抑制測定誤差而測定壓電振子的周圍溫度，因 此能夠高精度地計算升溫頻率溫度信息和降溫頻率溫度信息，從而能高精度地計算頻率溫 度信息。此外，能夠實時且高精度地測定壓電振子的溫度信息，因此能夠抑制溫度補償電路 中的校正誤差，從而高精度地進行溫度補償。


圖1是與溫度補償電路連接的本實施方式的壓電振蕩器的示意圖。圖2是本實施方式的壓電振蕩器與測定器之間的連接圖。圖3是示出本實施方式的壓電振子的振蕩頻率的滯后特性的圖。圖4是示出使用在溫度上升時及溫度下降時分別測定的溫度系數來進行溫度補償時的頻率偏差的圖。圖5是示出本實施方式的利用溫度系數進行溫度補償時的頻率偏差的圖。圖6是示出本實施方式的降溫頻率溫度信息的近似計算方法的圖。圖7是對存儲電路中存儲的頻率溫度信息的容量進行比較的表。標號說明10 壓電振蕩器；12 壓電振子；14 振蕩電路；16 溫度傳感器；18 緩沖器；20 存儲電路；22 :串行接口電路；24 振蕩頻率輸出端子；26 數據輸入輸出端子；28 第1控 制時鐘輸入端子；30 第2控制時鐘輸入端子；34 溫度傳感器電壓輸出端子；36 電源端 子；38 接地端子；40 溫度補償電路；42 頻率校正電路；44 =CPU ；46 存儲器；48 :A/D轉 換器；50 測定器；52 頻率計數器；54 =PC ；56 電壓萬用表；58 振蕩信號；60 第1控制時 鐘；62 第2控制時鐘；66 檢測電壓；68 振蕩信號；70 第1近似曲線信息；72 第2近似曲 線信息；74 第3近似曲線信息；76 頻率溫度信息；77a 升溫頻率溫度信息；77b 降溫頻 率溫度信息；78 溫度系數；80 溫度補償量；82 低溫區(qū)域信息；84 第1基準溫度區(qū)域信 息；86 高溫區(qū)域信息；88 第2基準溫度區(qū)域信息；90 第3基準溫度區(qū)域信息；92 第4基 準溫度區(qū)域信息。
具體實施例方式下面，使用圖示的實施方式來詳細說明本發(fā)明。不過，在沒有特定記載的情況下， 該實施方式所記載的結構要素、種類、組合、形狀及其相對配置等均只是單純的說明例，其 主旨不是要將本發(fā)明的范圍僅限定于此。圖1示出了振蕩電路系統(tǒng)，即示出了與溫度補償電路連接的本實施方式的壓電振 蕩器。本實施方式的壓電振蕩器10具有壓電振子12，其在頻率溫度特性中具有滯后特性； 振蕩電路14，其使所述壓電振子12振蕩而輸出振蕩信號58 ；以及存儲電路20，在所述存儲 電路20中存儲有表示位于以下區(qū)域中的頻率溫度特性的頻率溫度信息76，所述區(qū)域是由 受到所述滯后特性的影響而表現(xiàn)出的所述振蕩信號的兩種頻率溫度特性所包圍的區(qū)域。這 里，所謂兩種頻率溫度特性，是指壓電振子12的溫度上升時的頻率溫度特性和溫度下降時 的頻率溫度特性，以基準溫度為中心而呈現(xiàn)出由兩個特性曲線包圍的區(qū)域。此外，壓電振蕩 器10在工作時與溫度補償電路40連接。因此，本實施方式的壓電振蕩器10更詳細地講，具有壓電振子12，其在頻率溫度 特性中具有滯后特性；振蕩電路14，其使所述壓電振子12振蕩而輸出振蕩信號58，將所述 振蕩信號58輸出到溫度補償電路40，所述溫度補償電路40能夠使用表示所述壓電振子12 的振蕩頻率的溫度特性的頻率溫度信息76、和所述振蕩信號58的振蕩時所述壓電振子12 的溫度信息來計算溫度補償量80 ；以及存儲電路20，其存儲有所述壓電振子12的升溫頻率 溫度信息77a與所述壓電振子12的降溫頻率溫度信息77b之間的中間值，作為所述頻率溫 度信息76，并將所述頻率溫度信息76輸出到所述溫度補償電路40，其中，所述升溫頻率溫 度信息77a是在使所述壓電振子12的周圍溫度上升時生成的，所述降溫頻率溫度信息77b 是使所述周圍溫度下降時生成的。此外，與所述壓電振子12相鄰地設置有輸出與所述周圍溫度對應的檢測電壓66 的溫度檢測單元(溫度傳感器16)，并且，所述頻率溫度信息76是根據表示為所述檢測電壓66的函數的升溫頻率溫度信息77a和降溫頻率溫度信息77b而計算出的，且被存儲到所述 存儲電路20中，所述振蕩電路14向溫度補償電路40輸出振蕩信號58，該溫度補償電路40 使用所述頻率溫度信息76和所述檢測電壓66來計算溫度補償量80，所述溫度檢測單元將 所述檢測電壓66輸出到所述溫度補償電路40。因此，使用了上述結構的壓電振蕩器10的溫度補償方法是這樣的方法，即，所述 壓電振蕩器10具有壓電振子12，其在頻率溫度特性中具有滯后特性；以及振蕩電路14， 其使所述壓電振子12振蕩而輸出振蕩信號58，所述壓電振蕩器10將所述振蕩信號58和所 述頻率溫度信息76輸出到溫度補償電路40，所述溫度補償電路40能夠使用表示所述壓電 振子12的振蕩頻率的溫度特性的頻率溫度信息76和所述振蕩信號58的振蕩時所述壓電 振子12的溫度信息來計算溫度補償量80，其中，計算所述壓電振子12的升溫頻率溫度信 息77a與所述壓電振子12的降溫頻率溫度信息77b之間的中間值，作為所述頻率溫度信息 76，其中，所述升溫頻率溫度信息77a是在使所述壓電振子12的周圍溫度上升時生成的，所 述降溫頻率溫度信息77b是在使所述周圍溫度下降時生成的。此外，與所述壓電振子12相鄰地配設有輸出與所述周圍溫度對應的檢測電壓66 的溫度檢測單元(溫度傳感器16)，生成作為所述檢測電壓66的函數的所述升溫頻率溫度 信息77a和所述降溫頻率溫度信息77b，根據所述升溫頻率溫度信息77a和所述降溫頻率溫 度信息77b計算所述頻率溫度信息76，向溫度補償電路40輸出所述振蕩信號58，從所述溫 度檢測單元向所述溫度補償電路40輸出所述檢測電壓66，所述溫度補償電路40能夠根據 所述頻率溫度信息76和所述檢測電壓66來計算溫度補償量80。在說明本實施方式的壓電振蕩器的結構前，使用附圖來說明本實施方式的壓電振 蕩器10的溫度補償方法。頻率溫度信息76是關于振蕩電路14的振蕩信號58中伴有滯后 特性而出現(xiàn)的兩種頻率溫度特性的中間值的頻率溫度特性的數據。即，圖5是針對頻率溫 度信息76進行說明的圖。圖5所示的升溫頻率溫度信息77a是振蕩電路14的振蕩信號58在各個預定溫度 下的頻率的曲線(Plot)，該各個預定溫度是使作為AT切石英振子的壓電振子12的周圍溫 度以跨越壓電振子12的基準溫度(例如25°C)的方式從-30°C上升到+85°C的范圍中的溫 度。此外，降溫頻率溫度信息77b是振蕩電路14的振蕩信號58在各個預定溫度下的頻率 的曲線，該各個預定溫度是使壓電振子12的周圍溫度從+85°C下降到-30°C的范圍中的溫 度。第1近似曲線信息70是與升溫頻率溫度信息77a對應地計算后述的式1的溫度 系數而生成的曲線，該曲線能夠隨溫度變化而連續(xù)地計算出頻率。第2近似曲線信息72是 與降溫頻率溫度信息77b對應地計算后述的式1的溫度系數而生成的曲線，該曲線能夠隨 溫度變化而連續(xù)地計算出頻率。第3近似曲線信息74是作為第1近似曲線信息70與第2 近似曲線信息72之間的中間值而生成的。因此，通過從第3近似曲線信息74中提取頻率 溫度信息76中所需的溫度信息和所述溫度信息中的頻率，能夠生成頻率溫度信息76。這 里，所謂中間值，不僅包括在兩種頻率溫度特性、即第1近似曲線信息70和第2近似曲線信 息72 (升溫頻率溫度信息77a和降溫頻率溫度信息77b)的一個溫度位置處、通過加法平均 等而得到的頻率方向的中間值，還包括在由滯后特性圍成的區(qū)域內在頻率方向上移位后的 值。
由此生成的頻率溫度信息76在近似計算并求取后述的溫度補償用多項式(式1) 的參數(系數)時使用。溫度補償電路40通過使用了頻率溫度信息76的近似計算，來計算在形成頻率溫 度補償用的多項式中需要的系數，以確定頻率溫度補償用的多項式。此外，溫度補償電路40 針對振蕩電路14的振蕩信號58的振蕩頻率進行與溫度補償量80 (頻率校正量)對應的頻 率校正并輸出溫度補償后的振蕩信號68，所述溫度補償量80是使用頻率溫度補償用的多 項式和由溫度傳感器16檢測的溫度信息(檢測電壓66)來確定的。由此，在具有本實施方式的壓電振蕩器10的振蕩電路系統(tǒng)的溫度補償方法中，根 據頻率溫度信息76來計算具有隨溫度變化呈連續(xù)性的頻率溫度特性的頻率溫度特性信 息、或用于對其進行校正的頻率溫度補償用的多項式(第3近似曲線信息74)中必要的系 數。然后，根據以下信息對來自振蕩電路14的振蕩信號58進行分頻等頻率控制，輸出進行 溫度補償后的振蕩信號68，上述信息是使用所述頻率溫度特性信息或由系數確定的多項式 以及由溫度傳感器16檢測到的溫度信息(檢測電壓66)來計算溫度補償量80而得到的。 此外，為了實現(xiàn)這種溫度補償方法，在壓電振蕩器10中，至少需要配備壓電振子12、振蕩電 路14、溫度傳感器16和存儲電路20。接著，對升溫頻率溫度信息77a和降溫頻率溫度信息77b的生成過程進行說明。在將本實施方式的壓電振蕩器10(壓電振子12)收納到例如可進行溫度設定的腔 室(未圖示)內后，進行如下的第1溫度試驗使壓電振蕩器10(壓電振子12)的周圍溫度 從低溫朝高溫變化，并且在溫度變化的過程中測定振蕩電路14的振蕩信號58在多個溫度 點下的頻率。S卩，在第1溫度試驗中，如果以壓電振子12是AT切石英振子的情況為例進行說 明，則是使壓電振子12的周圍溫度例如從-30°C向+85°C上升，并且在其間測定振蕩電路 14的振蕩信號58在多個溫度點下的頻率，由此生成升溫頻率溫度信息77a。作為多個溫度 點，例如在圖5(a)所示的例子中，設為由以下溫度點構成的7個溫度點(升溫頻率溫度信 息77a)，S卩這7個溫度點除了作為設定溫度范圍的端點溫度的-30°C (設定最低溫度)、 +850C (設定最高溫度)以及接近頻率溫度特性曲線信息(與第3近似曲線信息74同樣) 的拐點的+25°C (基準溫度)以外，還包括產生所述曲線的極大值或極小值的位置附近的溫 度點、或該極值與端點溫度之間的溫度點和極值與基準溫度之間的溫度點等。這里，升溫頻 率溫度信息77a由壓電振蕩器10的設定溫度(或測定溫度)的信息以及振蕩電路14的振 蕩信號58在該設定溫度(或測定溫度)下的頻率信息構成。在第1溫度試驗后，以溫度變化趨勢與該第1溫度試驗為相反方向的方式進行以 下的第2溫度試驗使壓電振蕩器10(壓電振子1 的周圍溫度從高溫向低溫變化，并且在 溫度變化的過程中測定振蕩電路14的振蕩信號58在多個溫度點下的頻率。在第2溫度試驗中，如果也以壓電振子12是AT切石英振子的情況為例進行說明， 則是使壓電振蕩器10 (壓電振子12)的周圍溫度從+85°C向-30°c下降，并且在其間測定振 蕩電路14的振蕩信號58在多個溫度點下的頻率，由此生成降溫頻率溫度信息77b。作為多個溫度點，例如在圖5(a)所示的例中，設為由以下溫度點構成的7個 溫度點(降溫頻率溫度信息77b)，S卩這7個溫度點除了作為可變溫度范圍的端點溫度 的-30°C (設定最低溫度)、+85°C (設定最高溫度)以及接近頻率溫度特性信息曲線(與第
103近似曲線信息74同樣)的拐點的+25°C (基準溫度)以外，還包括產生所述曲線的極大 值或極小值的位置附近的溫度點、或該極值與端點溫度之間的溫度點和極值與基準溫度之 間的溫度點等。這里，降溫頻率溫度信息77b由壓電振蕩器10的設定溫度(或測定溫度) 的信息以及振蕩電路14的振蕩信號58在該設定溫度(或測定溫度)下的頻率信息構成。然后，計算與升溫頻率溫度信息77a對應的第1近似曲線信息70、以及與降溫頻率 溫度信息77b對應的第2近似曲線信息72，通過對第1近似曲線信息70和第2近似曲線信 息72的各溫度系數進行加法平均等，生成作為中間值的溫度系數，根據該溫度系數來生成 第3近似曲線信息74。然后，從第3近似曲線信息74中提取頻率溫度信息76所要求的溫 度信息以及與該溫度信息對應的頻率，由此生成頻率溫度信息76。然后，將由此得到的頻率 溫度信息76存儲到存儲電路20中。此時，在圖5(a)所示的例中，作為頻率溫度信息76所示的溫度點，設為由以下 溫度點構成的7個溫度點，即這7個溫度點除了作為可變溫度范圍的端點溫度的-30°C、 +85°C以及接近第1近似曲線信息70和第2近似曲線信息72的拐點的+25°C (基準溫度) 以外，還包括作為第1近似曲線信息70和第2近似曲線信息72的極大值或極小值的極值 附近的溫度點、或該極值與端點溫度之間的溫度點和極值與基準溫度之間的溫度點等。此外，關于設定最低溫度和設定最高溫度的設定值，至少根據壓電振蕩器10所要 求的可工作的溫度范圍來確定即可，而作為測定點的溫度點只要位于可得到以下這樣的頻 率信息的位置即可，即該頻率信息可通過近似計算而被求出作為頻率溫度特性信息的曲 線。此外，對于可變溫度范圍的端點的溫度點等、即升溫頻率溫度信息77a和降溫頻 率溫度信息77b所表示的頻率值比較接近的溫度點而言，與頻率溫度信息76的頻率相關的 信息和與升溫頻率溫度信息77a或降溫頻率溫度信息77b的頻率相關的信息可以一致。即， 在上述溫度點下，也可以直接采用升溫頻率溫度信息77a或降溫頻率溫度信息77b的頻率 信息，來作為頻率溫度信息76的頻率信息。接著，對本實施方式的具體結構進行說明。在本實施方式的壓電振蕩器10的具體 結構中具有以下構造具有半導體電路基板，該半導體電路基板在硅基板(未圖示)上通過 構圖而形成有振蕩電路14、溫度傳感器16、緩沖器18、存儲電路20、串行接口電路22、以及 電源端子36和接地端子38等各個端子，振蕩電路14與壓電振子12連接。此外，如圖1所 示，作為壓電振蕩器10的連接對象的溫度補償電路40具有頻率校正電路42、作為運算處理 電路的CPU 44、作為存儲裝置的存儲器46、以及作為模擬/數字轉換器A/D的轉換器48， 且在上述硅基板上或與其不同的硅基板上構成有集成電路。此外，在計算頻率溫度信息76 時，如圖2所示，壓電振蕩器10與測定器50連接，測定器50具有頻率計數器52、PC(個人 計算機) 和電壓萬用表56。壓電振子12由石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰等壓電材料形成，適合使用頻率溫度特性比 較優(yōu)異、能夠抑制頻率的溫度補償量的AT切石英振子。利用了由該AT切實現(xiàn)的厚度剪切 振動的壓電振子的諧振頻率具有這樣的溫度依賴性該溫度依賴性以基準溫度(25°C )為 中心而呈正的三次曲線；或者如圖5(a)所示，該溫度依賴性表示為相比于基準溫度在低溫 側具有極大值、在高溫側具有極小值的多項式函數。振蕩電路14是將壓電振子12作為振蕩源的例如科耳皮茲(Colpitts)型振蕩電路，經由振蕩頻率輸出端子M向溫度補償電路40或者測定器50輸出振蕩信號58。溫度傳感器16具有二極管結構，流過正向電流，經由緩沖器18從溫度傳感器電壓 輸出端子34向溫度補償電路40或測定器50輸出隨溫度而變化的二極管端子間電位即檢 測電壓66。此外，只要從電源電壓(Vdd)向溫度傳感器16供給電力，該溫度傳感器16就始 終輸出檢測電壓66。這里，檢測電壓66隨溫度上升而以一次函數的形式下降，所輸出的檢 測電壓66與所測定的溫度對應。此外，優(yōu)選溫度傳感器16與壓電振子12相鄰地配置，由 此能夠準確地測定壓電振子12的周圍溫度，在后述的升溫頻率溫度信息77a、降溫頻率溫 度信息77b、第1近似曲線信息70、第2近似曲線信息72、第3近似曲線信息74和頻率溫度 信息76中，能夠準確地進行溫度與頻率或頻率偏差之間的對應。串行接口電路22接受來自外部的指令而將頻率溫度信息76存儲到存儲電路20 中，或者將存儲在存儲電路20中的頻率溫度信息76輸出到外部。串行接口電路22與存儲 電路20、溫度傳感器16連接，并具有數據輸入輸出端子沈、第1控制時鐘輸入端子觀和第 2控制時鐘輸入端子30。在將第1控制時鐘60輸入到第1控制時鐘輸入端子28時，將第1控制時鐘60作 為觸發(fā)(與第1控制時鐘60同步地)，將輸入到數據輸入輸出端子沈的串行的頻率溫度信 息76存儲(寫入)到存儲電路20中。在將第2控制時鐘62輸入到第2控制時鐘輸入端 子30時，可經由數據輸入輸出端子沈將第2控制時鐘62作為觸發(fā)，串行地輸出存儲在存 儲電路20中的頻率溫度信息76。存儲電路20由EEI3ROM等形成，可經由串行接口電路22存儲(寫入)頻率溫度信 息76，或者輸出頻率溫度信息76。頻率溫度信息76由有限個數據構成，分別設置了測定器 50中的運算器即PC 54以及溫度補償電路40中的CPU 44所能共同識別的地址。作為頻率溫度信息76，可采用后述的溫度系數和偏移(offset)系數的組合，或 者，可采用從壓電振子12的使用溫度范圍中任意選擇出的多個溫度信息和與所述多個溫 度信息分別對應的頻率信息或與所述多個溫度信息對應的相對于基準頻率的頻率偏差信 息的組合。其中，與采用振蕩頻率的絕對值的情況相比，多個溫度信息和與所述多個溫度信 息分別對應的相對于基準頻率的頻率偏差信息的組合，能夠減少信息的位數，因此頻率溫 度信息76的容量達到最小。此外，在存儲溫度系數作為頻率溫度信息76的情況下，沒有必 要存儲溫度自身，因此能夠減小頻率溫度信息76的容量。此外，在采用上述多個溫度信息 和與所述多個溫度信息分別對應的頻率信息的組合來作為頻率溫度信息76的情況下，需 要取得基準溫度和基準溫度下的頻率信息，并且需要針對該組合，附上可由PCM和CPU 44 識別為其他信息的地址。在圖2中，示出了壓電振蕩器10與測定器50之間的連接圖。測定器50根據搭載 在振蕩電路14中的壓電振子12的振蕩頻率的溫度特性來計算溫度補償電路40中所要使 用的頻率溫度信息76，并將其寫入到存儲電路20中，該測定器50由頻率計數器52、PC 54 和電壓萬用表56構成。頻率計數器52與振蕩電路14連接，可每隔預定的時間間隔測定從 振蕩電路14輸出的振蕩信號58的頻率并將其輸出到PC 54。電壓萬用表56可將來自溫度 傳感器16的檢測電壓66轉換為數字數據并輸出到PC 54。PC 54與數據輸入輸出端子26、第1控制時鐘輸入端子觀、頻率計數器52以及電 壓萬用表56連接。PC M可響應于鍵操作等而啟動頻率計數器52和電壓萬用表56，并且從溫度傳感器16經由電壓萬用表56始終輸入檢測電壓66(周圍溫度信息)。此外，PC 54 按照所安裝的程序按各個預定溫度從頻率計數器52輸入頻率，將檢測電壓66 (周圍溫度信 息)和頻率存儲到PC內的存儲區(qū)域(未圖示)中。關于使用了厚度剪切振動的壓電振子的諧振頻率，在將基準溫度Ttl下的基準頻率 設為f時，任意溫度T下的頻率溫度信息Δ f/f可用以下的冪級數來近似地表示。式1Δ f/f = A (T-T0) 4+B (T-T0) 3+C (T-T0) 2+D (T-T0) +E這里，A、B、C、D是確定頻率溫度信息的近似曲線的溫度系數，E是確定頻率溫度信 息的偏移的偏移系數，屬于溫度系數。此外，在溫度補償電路40中，需要計算隨式1所示的 溫度變化而連續(xù)變化的頻率溫度信息。另外，在式1中有5個變量，因此，例如作為頻率溫度信息76，如果至少有5組這樣 測定的周圍溫度信息(檢測電壓66)和與周圍溫度信息對應的相對于基準頻率的頻率偏差 信息的組合，則通過將它們分別代入式1，并聯(lián)立地求解五元一次方程，由此能夠計算出式 1中的所有變量而計算出近似曲線信息。此外，如上所述，通過根據7個點的溫度點下的頻 率信息，利用最小平方法等計算滿足式1的溫度系數，由此能夠生成更高精度的近似曲線。 但是，由于壓電振子具有滯后特性，因此需要考慮溫度上升時的溫度信息和溫度下降時的 溫度fe息。因此，在使壓電振子12的周圍溫度從設定最低溫度(_30°C)跨越基準溫度 (+250C )上升到設定最高溫度(+85°C )的期間，PC M根據程序等以預定的溫度間隔測定 頻率(升溫頻率溫度信息77a)，其后，在從設定最高溫度跨越基準溫度下降到設定最低溫 度的期間，PC 54以預定的溫度間隔測定頻率(降溫頻率溫度信息77b)。然后，PC M使用溫度上升時生成的升溫頻率溫度信息77a(例如，7個點的溫度和 與溫度對應的頻率偏差)和式1來計算第1近似曲線信息70 (參照圖5)，使用溫度下降時 生成的降溫頻率溫度信息77b (例如，7個點的溫度和與溫度對應的頻率偏差)和式1來計 算第2近似曲線信息72 (參照圖5)。接著，例如進行求取第1近似曲線信息70和第2近似曲線信息72的頻率分量的 加法平均的運算，計算出作為第1近似曲線信息70和第2近似曲線信息72的頻率分量的 中間值的第3近似曲線信息74(參照圖5)。同樣地，針對其他溫度(例如-30°C +85°C 中的任意溫度)也進行該運算。然后，從第3近似曲線信息74中適當地提取供溫度補償電 路40容易地計算第3近似曲線信息74的多個溫度信息和與所述溫度信息對應的頻率的組 合，附上溫度補償電路40中的CPU 44所能識別的地址而生成頻率溫度信息76。在如上所述地在PC 54中構建了頻率溫度信息76之后，PC 54向第1控制時鐘輸 入端子觀輸出第1控制時鐘60，與第1控制時鐘60同步地將串行數據化的頻率溫度信息 76輸出到數據輸入輸出端子沈，經由串行接口電路22將頻率溫度信息76存儲到存儲電路 20中。如圖1所示，溫度補償電路40是與壓電振蕩器10分離的外部系統(tǒng)的一部分。溫 度補償電路40使用從PC討輸入到存儲電路20的頻率溫度信息76，計算與壓電振子12的 振蕩頻率的連續(xù)的溫度變化對應的近似曲線信息(與第3曲線信息74相同)，根據近似曲 線信息和從溫度傳感器16始終輸入的檢測電壓66(周圍溫度的信息)計算溫度補償量80，溫度補償電路40由頻率校正電路42、CPU 44和存儲器46等構成。頻率校正電路42是與 從CPU 44輸出的溫度補償量80對應地改變振蕩信號58的頻率的電路，與振蕩電路14連 接而被輸入振蕩信號58，在CPU 44的控制下輸出溫度補償后的振蕩信號68。CPU 44構成溫度補償電路40的核心，根據從存儲電路20輸入的頻率溫度信息76 來計算近似曲線信息(與第3近似曲線信息74相同)，根據近似曲線信息和從溫度傳感器 16輸入的檢測電壓66 (周圍溫度信息)來計算溫度補償量80，將其輸出到頻率校正電路 42。此外，假如是在存儲電路20中存儲升溫頻率溫度信息77a，則CPU 44計算與第1近似 曲線信息70同樣的近似曲線信息，而假如是存儲降溫頻率溫度信息77b時，則CPU 44計算 與第2近似曲線信息72同樣的近似曲線信息。CPU 44與數據輸入輸出端子26、第2控制時鐘輸入端子30以及頻率校正電路42 連接，而且經由A/D轉換器48與溫度傳感器16連接。CPU 44在啟動時，根據程序向第2控 制時鐘輸入端子30輸入第2控制時鐘62，與第2控制時鐘62同步地，經由串行接口電路 22從數據輸入輸出端子沈輸出存儲電路20內的頻率溫度信息76，將其存儲到附屬于CPU 44的存儲器46中。在存儲電路20中存儲的頻率溫度信息76是壓電振子12的使用溫度范圍內的多 個溫度信息和與所述多個溫度信息分別對應的頻率偏差的組合的情況下，CPU 44具有以下 結構可使用頻率溫度信息76和式1，通過上述方法來計算式1中的溫度系數和偏移系數， 并將其存儲到附屬的存儲器46中。此外，在頻率溫度信息76是上述多個溫度信息和與各 溫度信息對應的頻率(絕對值)的信息的情況下，CPU 44具有以下結構可識別頻率溫度 信息76中的基準溫度信息和在基準溫度下測定的頻率信息的地址，可使用頻率溫度信息 76和式1，通過上述方法來計算式1中的溫度系數和偏移系數，并將其存儲到附屬的存儲器 46。此外，如果存儲電路20中存儲的頻率溫度信息76是溫度系數和偏移系數，則CPU 44 使用將這些系數直接存儲到附屬的存儲器46中的結構。此外，CPU 44根據程序等每隔預定時間，經由A/D轉換器48對來自溫度傳感器16 的檢測電壓66 (周圍溫度信息)進行數字化而輸入，并存儲到附屬的存儲器46中。然后， CPU 44從存儲器46中讀出溫度系數和偏移系數來計算近似曲線(第3近似曲線信息74)， 進而從存儲器46中讀出來自溫度傳感器16的檢測電壓66，根據近似曲線(第3近似曲線 信息74)和檢測電壓66計算溫度補償量80，將溫度補償量80輸出到頻率校正電路42。由 此，CPU 44每隔預定時間計算溫度補償量80并輸出到頻率校正電路42。由此，每隔預定時 間從頻率校正電路42輸出進行了溫度補償后的振蕩信號68。在上述實施方式中，是以如下情況為前提進行了敘述在升溫頻率溫度信息77a 和降溫頻率溫度信息77b中的頻率測定時的溫度信息彼此不同的情況下，或者在頻率溫度 信息76中所需的溫度信息與升溫頻率溫度信息77a及降溫頻率溫度信息77b的溫度信息 不同的情況下，使用由式1表示的多個近似曲線信息來生成頻率溫度信息76。但是，在升溫頻率溫度信息77a和降溫頻率溫度信息77b的溫度信息彼此一致、且 與頻率溫度信息76所要求的溫度信息一致的情況下，PCM可通過升溫頻率溫度信息77a和 降溫頻率溫度信息77b中與相同的溫度信息對應的頻率信息的加法平均等來計算頻率的 中間值信息，并根據溫度信息和所述中間值信息的組合來生成頻率溫度信息76。此時，PC 54不需要計算第1近似曲線信息70和第2近似曲線信息72，能夠簡化壓電振蕩器10的制造工序，因此能夠抑制成本。 此外，在本實施方式中，是將頻率溫度信息76設為用于對壓電振子12 (或振蕩電 路14)的頻率溫度特性進行近似的信息，但本發(fā)明不限于這種情況，例如，也可以采用頻率 校正電路42所應輸出的目標頻率與壓電振子12 (或振蕩電路14)的頻率之差的信息，作為 該信息，可以將所述差的信息、或在所述差的信息上加上了目標頻率信息后的信息預先存 儲到存儲電路20中，在CPU 44中根據該信息來計算所述溫度補償量80。此時，存儲在存儲 電路20中的信息由目標頻率與壓電振子12(或振蕩電路14)的頻率之差的信息以及溫度 信息構成，或者也可以是用于對目標頻率與壓電振子12(或振蕩電路14)的頻率之差進行 近似的近似式的信息(溫度系數和偏移系數)。由此能夠簡化CPU 44中溫度補償量80的 計算。接著，對本實施方式的壓電振蕩器10的作用效果進行敘述。圖3(a)示出了壓電 振子的滯后特性，圖3(b)是圖3(a)的局部放大圖。圖4(a)示出了在使用溫度上升時的升 溫頻率溫度信息進行了溫度補償時從溫度補償電路輸出的振蕩信號的頻率偏差(溫度上 升時、溫度下降時)，圖4(b)示出了在使用溫度下降時的降溫頻率溫度信息進行了溫度補 償時從溫度補償電路輸出的振蕩信號的頻率偏差(溫度上升時、溫度下降時)。圖5(a)是 示出本實施方式的頻率溫度信息的圖，圖5(b)是圖5(a)的局部放大圖，圖5(c)示出了在 使用本實施方式的頻率溫度信息進行了溫度補償時從溫度補償電路輸出的振蕩信號的頻 率偏差。如也在現(xiàn)有技術中所述的那樣，在壓電振子中，如圖3所示，在溫度上升時、溫度 下降時不具有相同的頻率溫度特性，而是具有滯后特性。因此，如圖3(a)、(b)所示的那樣， 在溫度補償電路40中計算使用了溫度上升時的升溫頻率溫度信息77a的近似曲線(第1 近似曲線70)，并基于此進行溫度補償，此時，如圖4(a)所示，雖然良好地進行了使壓電振 蕩器10的溫度上升時的溫度補償，反之，未能良好地進行使溫度下降時的溫度補償，從而 頻率偏差超過了 0. 5ppm。此外，如圖3(a)、(b)所示，在溫度補償電路40中計算使用了溫度下降時的降溫頻 率溫度信息77b的近似曲線(第2近似曲線72)，并基于此進行溫度補償，此時，如圖4(b) 所示，雖然良好地進行了使壓電振子12的溫度下降時的溫度補償，但反之，未能良好地進 行了使溫度上升時的溫度補償，從而頻率偏差為0. 5ppm。在本實施方式所假設的具有GPS 功能的設備中產生了這種頻率偏差時，如在現(xiàn)有技術中所述，將對測位性能產生不良影響。另一方面，如圖5 (a)、(b)所示，本實施方式的頻率溫度信息76是從作為第1近似 曲線信息70和第2近似曲線信息72在頻率方向上的中間值而計算出的第3近似曲線信息 74中提取形成的，其中，第1近似曲線信息70是與升溫頻率溫度信息77a對應地計算出的， 第2近似曲線信息72是與降溫頻率溫度信息77b對應地計算出的。由此，在溫度補償電路 40中，使用第3近似曲線信息74和周圍溫度信息(檢測電壓66)來計算相對于基準頻率的 頻率偏差，由此來計算溫度補償量80。因此，無論在周圍溫度上升還是下降的情況下，都能 夠將由壓電振子12的滯后特性引起的校正誤差抑制在一定范圍內。而且如圖5(c)所示， 可知在本實施方式中，在溫度上升時及溫度下降時都能夠將頻率偏差抑制在0. 3ppm左右， 能夠對具有滯后特性的壓電振子12進行良好的溫度補償。另外，本實施方式的壓電振子12的滯后特性在基準溫度附近最為顯著地顯現(xiàn)，且離基準溫度越遠，滯后特性越小，而在設定最低溫度(_30°C )和設定最高溫度(+85°C )下 基本檢測不到。因此，可在限定了升溫頻率溫度信息77a和降溫頻率溫度信息77b中的任 意一方的測定范圍后進行近似計算，能夠縮短構建本實施方式的頻率溫度信息76的時間。圖6示出了壓電振子的振蕩頻率在溫度上升時的頻率溫度信息與在溫度下降時 的頻率溫度信息之差(滯后量)。如圖6(a)所示，可知壓電振子的振蕩頻率在溫度上升時 的頻率溫度信息77a(第1近似曲線信息70，參照圖3等)與溫度下降時的頻率溫度信息 77b(第2近似曲線信息72，參照圖3等)之間的差值具有以基準溫度為中心向上凸的二次 函數的形狀。因此，本發(fā)明是根據基準溫度下的滯后量來簡單地計算整體的滯后特性。例如，組合與前述同樣地使壓電振子12的周圍溫度跨越基準溫度而上升時的、各 個預定溫度的溫度信息和頻率信息，來生成升溫頻率溫度信息77a。此時，升溫頻率溫度信 息77a具有在比基準溫度低的溫度區(qū)域中測定的低溫區(qū)域信息82 (包含設定最低溫度)、 在包含基準溫度的基準溫度區(qū)域中測定的第1基準溫度區(qū)域信息84、以及在比基準溫度區(qū) 域高的高溫區(qū)域中測定的高溫區(qū)域信息86 (包含設定最高溫度)。進而，計算與該升溫頻率 溫度信息77a對應的第1近似曲線信息70。此外，對于近似計算出的第2降溫頻率溫度信息(未圖示)，可使用在使周圍溫度 跨越基準溫度而下降時在基準溫度區(qū)域中測定的第2基準溫度區(qū)域信息88與第1基準溫 度區(qū)域信息84之差、低溫區(qū)域信息82以及高溫區(qū)域信息86，來計算該第2降溫頻率溫度信 息。這里，如果將低溫區(qū)域和高溫區(qū)域中升溫頻率溫度信息77a與降溫頻率溫度信息77b 之差(滯后量)近似為零，則如圖6(b)所示，可根據3個繪制點來計算對滯后量進行近似 的二次函數的二次溫度系數。通過從構成第1近似曲線信息70的二次溫度系數中減去該 二次溫度系數，可計算出第2近似曲線信息(未圖示)。通過從該第2近似曲線信息(未圖 示)中提取各個預定溫度的溫度信息和與溫度信息對應的頻率信息，可近似地生成降溫頻 率溫度信息(未圖示)。此外，在基準溫度區(qū)域中進行2個點以上的測定，使用與其對應的冪級數進行擬 合，從構成對應的第1近似曲線信息70的溫度系數中減去由此得到的溫度系數，由此能夠 計算出第2近似曲線信息(未圖示)。以上運算全部是在PC M上進行的。此外，如圖6(c) 所示，可知升溫頻率溫度特性77a與近似計算出的降溫頻率溫度特性(未圖示)之差73a具 有不比升溫頻率溫度特性77a與降溫頻率溫度特性77b之差7 遜色的滯后特性。此外，在 本實施方式中，也可以先生成第2基準溫度區(qū)域信息88，之后生成升溫頻率溫度信息77a。反之，在升溫頻率溫度信息77a的計算中采用上述近似的情況下，組合與前述同 樣地使壓電振子12的周圍溫度跨越基準溫度而下降時各個預定溫度的溫度信息和頻率信 息，來生成降溫頻率溫度信息77b。此時，降溫頻率溫度信息77b具有在跨越基準溫度使 周圍溫度上升時在比基準溫度高的溫度區(qū)域中測定的高溫區(qū)域信息(近似為與高溫區(qū)域 信息86相同)、在包含基準溫度的基準溫度區(qū)域中測定的第3基準溫度區(qū)域信息90 (與第 2基準溫度區(qū)域信息88相同)、以及在比所述基準溫度區(qū)域低的低溫區(qū)域中測定的低溫區(qū) 域信息(近似為與低溫區(qū)域信息82相同)。然后，計算與該降溫頻率溫度信息77b對應的 第2近似曲線信息72。另一方面，對于近似地計算出的升溫頻率溫度信息(未圖示)，可使用在使周圍溫 度跨越基準溫度而上升時在基準溫度區(qū)域中測定的第4基準溫度區(qū)域信息92 (與第1基準溫度區(qū)域信息84相同)與第3基準溫度區(qū)域信息90之差、低溫區(qū)域信息82以及高溫區(qū)域 信息86，來計算該升溫頻率溫度信息。這里，通過將低溫區(qū)域和高溫區(qū)域中升溫頻率溫度 信息77a與降溫頻率溫度信息77b之差(滯后量)近似為零，由此如圖6(b)所示，可根據 3個繪制點計算出對滯后量進行近似的二次函數的二次溫度系數。通過從構成第2近似曲 線信息72的二次溫度系數中減去該二次溫度系數，可計算出第1近似曲線信息(未圖示)。 通過從該第1近似曲線信息(未圖示)中提取各個預定溫度的溫度信息和與溫度信息對應 的頻率信息，由此可近似地生成升溫頻率溫度信息(未圖示)。圖7示出了對存儲在存儲電路中的頻率溫度信息的容量進行比較的表。如圖7所 示，在存儲頻率的絕對值信息作為頻率溫度信息的情況下需要11位，而在存儲相對于基準 頻率的頻率偏差的信息的情況下只需5位即可，因此，能夠使與頻率信息相關的容量削減 大約45%。此外，如果假設使用頻率的絕對值信息來構成升溫頻率溫度信息77a和降溫頻 率溫度信息77b時的容量為100，則在使用頻率的絕對值信息來構成頻率溫度信息76時能 夠削減50%的容量，在使用頻率偏差的信息來構成頻率溫度信息76時能夠削減73%的容 量。此外，對于作為頻率溫度信息而存儲的地址信息中所需的位數，在測定溫度為7個點的 情況下，采用3位(最大允許8個地址)就足夠了，周圍溫度信息(檢測電壓66)則是根據 其分辨力來確定所需的位數。此外，在頻率溫度信息為溫度系數信息的情況下，雖然對于溫 度系數，是根據有效數字來確定所需的位數的，但由于不需要溫度信息，因此能夠削減該部 分的容量。如上所述，根據本實施方式的壓電振蕩器10的溫度補償方法以及壓電振蕩器10， 第一，輸入作為使壓電振子12的周圍溫度上升時生成的升溫頻率溫度信息77a與使周圍溫 度下降時生成的降溫頻率溫度信息77b的中間值的頻率溫度信息76，使用頻率溫度信息76 和壓電振子12振蕩時壓電振子12的溫度信息來計算相對于基準頻率的頻率偏差，由此來 計算溫度補償量80。因此，無論在周圍溫度上升還是下降的情況下，都能夠將由壓電振子的 滯后特性引起的校正誤差抑制在一定范圍內。此外，在存儲電路20中不需要存儲升溫頻率 溫度信息77a、降溫頻率溫度信息77b、或者從它們中提取出的溫度系數，因此能夠避免存 儲電路20的容量負擔增大。第二，從第3近似曲線信息74中提取頻率溫度信息76，其中，所述第3近似曲線信 息74是作為第1近似曲線信息70與第2近似曲線信息72的中間值而計算出的，所述第1 近似曲線信息70是根據升溫頻率溫度信息77a計算出的，表示振蕩頻率的連續(xù)溫度特性， 第2近似曲線信息72是根據降溫頻率溫度信息77b計算出的，表示振蕩頻率的連續(xù)溫度特 性。由此，從相對于溫度變化而連續(xù)變化的第3近似曲線信息74中提取頻率溫度信息76。 另一方面，在溫度補償電路40中，根據頻率溫度信息76形成相對于溫度變化而連續(xù)變化的 振蕩頻率的近似曲線。因此，在溫度補償電路40中計算出的近似曲線為第3近似曲線信息 74，因此能夠高精度地進行溫度補償。此外，不需要在同一溫度位置測定升溫頻率溫度信息 77a和降溫頻率溫度信息77b，因此能夠提高生成頻率溫度信息76的成功率，從而能夠抑制 成本。第三，根據溫度信息、和與所述溫度信息對應的振蕩頻率信息、或與所述溫度信息 對應的相對于基準頻率的頻率偏差信息來生成頻率溫度信息76，由此，在壓電振蕩器10側 不需要溫度系數的運算，因此能夠抑制形成壓電振蕩器10時的作業(yè)負擔，從而能夠抑制成本。尤其是在存儲頻率偏差信息的情況下，位數變少，因此能夠減小數據的容量，能夠使存 儲電路20小型化而抑制成本。此時，是在用戶側運算與頻率溫度信息76的曲線重合的冪 級數的溫度系數來計算第3近似曲線信息74，而在用戶側能夠獨立地運算出準確的溫度系 數。第四，根據從第3近似曲線信息74中提取的溫度系數信息來生成頻率溫度信息 76，由此，在溫度補償電路40中不需要進行用于計算第3近似曲線信息74的運算，因此，能 夠減輕用戶側的負擔，從而能夠容易地構建搭載了壓電振蕩器10的系統(tǒng)。第五，使用降溫頻率溫度信息77b以及使壓電振子12的周圍溫度上升到基準溫度 區(qū)域而測定的溫度和頻率信息來近似地計算升溫頻率溫度信息77a。當求取升溫頻率溫度 信息77a與降溫頻率溫度信息77b之間的頻率分量之差時，在基準溫度區(qū)域中差值達到最 大，離基準溫度越遠，差值越小。因此，可使用降溫頻率溫度信息77b和使周圍溫度上升到 基準溫度區(qū)域而測定的溫度和頻率信息來近似地計算升溫頻率溫度信息77a。由此，僅在基 準溫度區(qū)域中取得溫度上升時的溫度和頻率信息即可，不需要進行使溫度上升到比基準溫 度高的高溫區(qū)域的工序。由此，能夠縮短升溫頻率溫度信息77a的取得時間，因此能夠削減 作業(yè)負擔而抑制成本。第六，使用升溫頻率溫度信息77a以及使壓電振子12的周圍溫度下降到基準溫度 區(qū)域而測定的溫度和頻率信息來近似地計算降溫頻率溫度信息77b。根據與上述同樣的理 由，能夠使用升溫頻率溫度信息77a和使周圍溫度下降到基準溫度區(qū)域而測定的溫度和頻 率的信息來近似地計算降溫頻率溫度信息77b。進而，在溫度下降時只要針對基準溫度區(qū)域 進行測定即可，不需要對比基準溫度低的低溫區(qū)域進行測定。由此，能夠縮短降溫頻率溫度 信息77b的取得時間，因此能夠削減作業(yè)負擔而抑制成本。第七，采用了以下結構與壓電振子12相鄰配設有輸出與上述周圍溫度對應的檢 測電壓66的溫度傳感器16，生成所述檢測電壓66的函數的升溫頻率溫度信息77a和所述 降溫頻率溫度信息77b，根據升溫頻率溫度信息77a和降溫頻率溫度信息77b計算頻率溫度 信息76，向溫度補償電路40輸出振蕩信號58，從溫度傳感器16向溫度補償電路40輸出檢 測電壓66，其中，溫度補償電路40可根據頻率溫度信息76和檢測電壓66來計算溫度補償 量80。由此，溫度傳感器16能夠抑制測定誤差而測定壓電振子12的周圍溫度，因此能夠 高精度地生成升溫頻率溫度信息77a和降溫頻率溫度信息77b，從而能夠高精度地計算頻 率溫度信息76。此外，能夠實時且高精度地測定壓電振子12的溫度信息，因此能夠抑制溫 度補償電路40中的校正誤差，從而高精度地進行溫度補償。此外，在本實施方式中，是以壓電振子是厚度剪切振子為前提進行了敘述，但不限 于此，還可以應用于雙音叉型壓電振子、單梁型壓電振子和SAW諧振器等。此外，升溫頻率 溫度信息77a、降溫頻率溫度信息77b、第1近似曲線信息70、第2近似曲線信息72、第3近 似曲線信息74和頻率溫度信息76是分別作為檢測電壓66的函數而生成的，但也可以將從 溫度傳感器16輸出的檢測電壓66轉換為實際的溫度值來進行使用。因此，可以與其對應 地而構成為將這些信息設為實際溫度的函數，而且使得PC44也能夠將上述信 息識別為溫度的函數。
權利要求
1.一種壓電振蕩器的溫度補償方法，所述壓電振蕩器具有壓電振子，其在頻率溫度 特性中具有滯后特性；以及振蕩電路，其使所述壓電振子振蕩而輸出振蕩信號，所述壓電振蕩器向溫度補償電路輸出所述振蕩信號和表示所述壓電振子的振蕩頻率 的溫度特性的頻率溫度信息，其中，所述溫度補償電路能夠使用所述頻率溫度信息和所述 振蕩信號的振蕩時所述壓電振子的溫度信息來計算溫度補償量， 該溫度補償方法的特征在于，計算所述壓電振子的升溫頻率溫度信息與所述壓電振子的降溫頻率溫度信息的中間 值，作為所述頻率溫度信息，其中，所述升溫頻率溫度信息是在使所述壓電振子的周圍溫度 上升時生成的，所述降溫頻率溫度信息是在使所述周圍溫度下降時生成的。
2.根據權利要求1所述的壓電振蕩器的溫度補償方法，其特征在于， 從第3近似曲線信息中提取所述頻率溫度信息，其中，所述第3近似曲線信息是作為第1近似曲線信息與第2近似曲線信息的中間值 而計算出的，所述第1近似曲線信息是根據所述升溫頻率溫度信息計算出的，表示所述振蕩頻率的 連續(xù)的溫度特性，所述第2近似曲線信息是根據所述降溫頻率溫度信息計算出的，表示所述振蕩頻率的 連續(xù)的溫度特性。
3.根據權利要求1所述的壓電振蕩器的溫度補償方法，其特征在于，根據溫度信息、以及與所述溫度信息對應的振蕩頻率信息、或與所述溫度信息對應的 相對于基準頻率的頻率偏差的信息，生成所述頻率溫度信息。
4.根據權利要求2所述的壓電振蕩器的溫度補償方法，其特征在于，根據從所述第3近似曲線信息中提取的溫度系數信息來生成所述頻率溫度信息。
5.根據權利要求1所述的壓電振蕩器的溫度補償方法，其特征在于，使用所述降溫頻率溫度信息以及使所述周圍溫度上升到基準溫度區(qū)域而測定的溫度 和頻率的信息來近似地計算所述升溫頻率溫度信息。
6.根據權利要求1所述的壓電振蕩器的溫度補償方法，其特征在于，使用所述升溫頻率溫度信息以及使所述周圍溫度下降到基準溫度區(qū)域而測定的溫度 和頻率的信息來近似地計算所述降溫頻率溫度信息。
7.根據權利要求1所述的壓電振蕩器的溫度補償方法，其特征在于，與所述壓電振子相鄰地配置輸出與所述周圍溫度對應的檢測電壓的溫度檢測單元， 作為所述檢測電壓的函數而生成所述升溫頻率溫度信息和所述降溫頻率溫度信息， 根據所述升溫頻率溫度信息和所述降溫頻率溫度信息來計算所述頻率溫度信息， 向溫度補償電路輸出所述振蕩信號，所述溫度補償電路能夠根據所述頻率溫度信息和 所述檢測電壓來計算溫度補償量，從所述溫度檢測單元向所述溫度補償電路輸出所述檢測電壓。
8.一種壓電振蕩器，其特征在于，該壓電振蕩器具有壓電振子，其在頻率溫度特性中具有滯后特性；振蕩電路，其使所 述壓電振子振蕩而輸出振蕩信號；以及存儲電路，在所述存儲電路中存儲有頻率溫度信息，所述頻率溫度信息表示處于以下區(qū)域中的頻率溫度特性，所述區(qū)域是由受到所述滯后特性的影響而表現(xiàn)出來的所述振蕩信號的兩種頻 率溫度特性所圍成的區(qū)域。
9.根據權利要求8所述的壓電振蕩器，其特征在于，所述頻率溫度信息是根據溫度信息、以及與所述溫度信息對應的振蕩頻率信息、或與 所述溫度信息對應的相對于基準頻率的頻率偏差的信息而生成的。
10.根據權利要求8所述的壓電振蕩器，其特征在于，所述頻率溫度信息是從與所述頻率溫度特性對應的基于冪級數的近似曲線信息中提 取的溫度系數。
11.根據權利要求8所述的壓電振蕩器，其特征在于，與所述壓電振子相鄰地設置有輸出與所述周圍溫度對應的檢測電壓的溫度檢測單元， 并且，所述頻率溫度信息是根據表示為所述檢測電壓的函數的所述升溫頻率溫度信息和所 述降溫頻率溫度信息而計算出的，且被存儲在所述存儲電路中，所述振蕩電路向溫度補償電路輸出振蕩信號，所述溫度補償電路使用所述頻率溫度信 息和所述檢測電壓來計算溫度補償量，所述溫度檢測單元向所述溫度補償電路輸出所述檢測電壓。
全文摘要
本發(fā)明提供壓電振蕩器的溫度補償方法和壓電振蕩器。一種壓電振蕩器的溫度補償方法，該壓電振蕩器具有壓電振子，其在頻率溫度特性中具有滯后特性；以及振蕩電路，其使所述壓電振子振蕩而輸出振蕩信號，所述壓電振蕩器向溫度補償電路輸出所述振蕩信號和表示所述壓電振子的振蕩頻率的溫度特性的頻率溫度信息，所述溫度補償電路能夠使用所述頻率溫度信息和所述振蕩信號振蕩時所述壓電振子的溫度信息來計算溫度補償量，該溫度補償方法的特征在于，計算使所述壓電振子的周圍溫度上升時生成的所述壓電振子的升溫頻率溫度信息與使所述周圍溫度下降時生成的所述壓電振子的降溫頻率溫度信息的中間值，作為所述頻率溫度信息。
文檔編號H03B5/04GK102075143SQ20101056003
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權日2009年11月24日
發(fā)明者石川匡亨, 磯畑健作 申請人:精工愛普生株式會社