專利名稱：恒溫型壓電振蕩器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將恒溫槽的設(shè)定溫度設(shè)為恒定且具有對設(shè)定溫度與壓電振子的頂點(diǎn)溫度之間的溫度差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)念l率電壓控制電路的恒溫型壓電振蕩器及其制造方法。
背景技術(shù)：
對于作為在移動體通信設(shè)備及傳送通信設(shè)備中使用的頻率控制器件的石英振蕩器，以往公知有不受外部溫度變化的影響而輸出高穩(wěn)定頻率的恒溫槽型壓電振蕩器。近年來，市場上需求用于各種設(shè)備的小型、輕量、低功耗的恒溫槽型壓電振蕩器。在專利文獻(xiàn)1中公開了降低了功耗的恒溫槽型壓電振蕩器，圖12是其框圖。恒溫槽型壓電振蕩器具有在恒溫槽61內(nèi)對壓控壓電振蕩器63進(jìn)行加熱的發(fā)熱體62 ；設(shè)于恒溫槽61內(nèi)的槽內(nèi)感溫元件64;以及在恒溫槽外檢測外部氣溫的槽外感溫元件65。而且，恒溫槽型壓電振蕩器具有控制電壓產(chǎn)生電路67，其根據(jù)槽外感溫元件65的溫度信息，控制壓控壓電振蕩器63的電壓，且能夠改變其頻率；以及溫度控制電路66，其根據(jù)槽外感溫元件65與槽內(nèi)感溫元件64之間的溫度差的溫度信息，控制發(fā)熱體62的溫度。在圖12的恒溫槽型壓電振蕩器中，恒溫槽內(nèi)溫度多少存在變動，所以，使用了壓控壓電振蕩器63，以便能夠?qū)κ占{于恒溫槽61內(nèi)的壓電振蕩器提供控制電壓產(chǎn)生電路67 根據(jù)來自感溫元件的溫度信息生成的電壓，從而控制頻率。并且，在專利文獻(xiàn)2中公開了檢測外部氣溫的變化來進(jìn)行溫度控制的恒溫型石英振蕩器。圖13是設(shè)于單恒溫箱構(gòu)造的振蕩器內(nèi)的電路基板的溫度補(bǔ)償電路的框圖。溫度補(bǔ)償電路由以下部分構(gòu)成溫度傳感器71、放大器72、加法器73、目標(biāo)溫度設(shè)定輸入端子74、 放大器75、積分器76、加法器77、放大調(diào)整用電阻78、加熱器用電源端子79、加熱器80、晶體管81、加法器82、頻率校正輸入端子83、放大器84、電阻器85、可變電容二極管86、石英振子87、頻率輸出端子88。溫度傳感器71和加熱器80設(shè)置在電路基板上，兩者優(yōu)選配置在石英振子87附近。通過加法器73對溫度傳感器71檢測到的放大器72的電壓輸出與目標(biāo)溫度輸入電壓74之差進(jìn)行檢測，輸出第1差信號。提取由溫度變動引起的第1差信號的變化，關(guān)于輸入了提取信號和第1差信號后的加法器77的輸出，如果外部氣溫降低，則降低晶體管81 的集電極電壓，增加加熱器80的電流，以使溫度上升。相反，如果外部氣溫上升，則減小加熱器80的電流。為了校正石英振子的頻率，而預(yù)先設(shè)定校正用的電壓值(頻率校正信號)， 將其輸入到加法器82。而且，公開了如下內(nèi)容檢測與上述提取信號之差，作為第2差信號， 根據(jù)第2差信號對石英振子的振動頻率進(jìn)行控制。專利文獻(xiàn)1日本特開平10-303645號公報專利文獻(xiàn)2日本特開2007-251366號公報但是，專利文獻(xiàn)1所公開的恒溫槽型壓電振蕩器是如下這樣的壓電振蕩器在恒溫槽的內(nèi)部和外部分別設(shè)置有感溫元件，根據(jù)外部溫度信息或內(nèi)部溫度信息中的至少任一方，對控制電壓產(chǎn)生電路和溫度控制電路進(jìn)行控制。雖然這樣的壓電振蕩器能夠減小對恒溫槽內(nèi)進(jìn)行加熱的發(fā)熱體的功耗，但是，存在恒溫槽型壓電振蕩器的頻率穩(wěn)定性不充分的問題。此外，在專利文獻(xiàn)2所公開的石英振蕩器中，檢測外部氣溫的變化來進(jìn)行溫度控制，由此試著提高恒溫型石英振蕩器的頻率穩(wěn)定性，但是，它與現(xiàn)有的恒溫型石英振蕩器同樣，是以將恒溫箱溫度調(diào)整為石英振子的頂點(diǎn)溫度為前提的，存在該調(diào)整消耗大量工時的問題。不僅如此，為了得到該高穩(wěn)定性的壓電振蕩器，頂點(diǎn)溫度的精度高的壓電振動元件的制作要求日益嚴(yán)格，因此，導(dǎo)致生產(chǎn)性降低和生產(chǎn)成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其課題在于，提供一種壓電振子的加工精度與以往相同、但大幅削減了調(diào)整工時的高穩(wěn)定性的恒溫型壓電振蕩器。本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而完成的，可作為如下的形式或應(yīng)用例來實(shí)現(xiàn)。[應(yīng)用例1]本發(fā)明的恒溫型壓電振蕩器具有壓電振子；對所述壓電振子進(jìn)行激勵的振蕩電路；通過電壓對振蕩頻率進(jìn)行控制的頻率電壓控制電路；使所述壓電振子的溫度保持恒定的溫度控制部；以及對所輸入的信息進(jìn)行處理而向所述頻率電壓控制電路提供信號的運(yùn)算電路，該恒溫型壓電振蕩器的特征在于，所述溫度控制部具有感測溫度的感溫元件；對所述壓電振子進(jìn)行加熱的發(fā)熱體；以及根據(jù)所述感溫元件的溫度信號對所述發(fā)熱體的溫度進(jìn)行控制的溫度控制電路，所述頻率電壓控制電路具有電容值能夠隨電壓而改變的電壓可變電容電路；以及補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路，所述運(yùn)算電路根據(jù)對由所述壓電振子的零溫度系數(shù)溫度Tp與所述溫度控制部的設(shè)定溫度Tov之間的溫度差引起的頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)念l率溫度特性補(bǔ)償量近似式，使所述補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路生成對所述頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)碾妷?，將該電壓施加給所述電壓可變電容電路，對頻率進(jìn)行補(bǔ)償。將溫度控制部的設(shè)定溫度Tov設(shè)定為作為壓電振子的零溫度系數(shù)溫度(頂點(diǎn)溫度)Tp的平均值的恒定溫度。求出由頂點(diǎn)溫度Tp與設(shè)定溫度Tov之間的溫度差引起的恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性的頻率偏差。根據(jù)由多個恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性數(shù)據(jù)得到的頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式，對該頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償。即，構(gòu)成了發(fā)揮如下功能的恒溫型壓電振蕩器使頻率電壓控制電路生成頻率補(bǔ)償用的電容，利用其電容值對所述頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償。只需將溫度控制部的設(shè)定溫度Tov設(shè)定為恒定值并輸入壓電振子的頂點(diǎn)溫度Tp和設(shè)定溫度Τον，運(yùn)算電路就會使補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生補(bǔ)償電極電壓，利用該電壓生成頻率補(bǔ)償用的電容，對由溫度差(Τρ-Τον)引起的頻率溫度特性的頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償，所以，能夠使調(diào)整工序自動化，省去了各個溫度控制部的調(diào)整，具有大幅削減工時的效果。[應(yīng)用例2]此外，在應(yīng)用例1所述的恒溫型壓電振蕩器中，其特征在于，所述壓電振子是石英振子。通過將石英振子用于壓電振子，由此，在產(chǎn)生了制造時的安裝中的應(yīng)力(變形)的偏差、由溫度變化引起的變形、由時間變化引起的變形的變化等的情況下，能夠使用頻率變化小的切角的石英振子。
[應(yīng)用例3]此外，在應(yīng)用例1或2所述的恒溫型壓電振蕩器中，其特征在于，所述頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式利用對于所述溫度差(Tp-Tov)的一次多項(xiàng)式進(jìn)行近似。通過利用一次多項(xiàng)式對頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式進(jìn)行近似，由此，具有如下效果能夠滿足恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性，同時能夠簡化補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)， 并且，能夠大幅削減溫度控制部的調(diào)整工時。[應(yīng)用例4]此外，在應(yīng)用例1或2所述的恒溫型壓電振蕩器中，其特征在于，所述頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式利用對于所述溫度差(Tp-Tov)的三次多項(xiàng)式進(jìn)行近似。通過利用三次多項(xiàng)式對頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式進(jìn)行近似，由此，與使用一次多項(xiàng)式的情況相比，補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，但是，具有如下效果能夠進(jìn)一步改善恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性，并且，能夠大幅削減溫度控制部的調(diào)整工時。[應(yīng)用例5]此外，在應(yīng)用例1或2所述的恒溫型壓電振蕩器中，其特征在于，所述頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式利用對于所述溫度差(Tp-Tov)的五次多項(xiàng)式進(jìn)行近似。通過利用五次多項(xiàng)式對頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式進(jìn)行近似，由此，補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，但是，具有如下效果能夠大幅改善恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性，并且，能夠大幅削減溫度控制部的調(diào)整工時。[應(yīng)用例6]在恒溫型壓電振蕩器的制造方法中，該恒溫型壓電振蕩器是應(yīng)用例 1 5中任一項(xiàng)所述的恒溫型壓電振蕩器，該制造方法的特征在于，具有以下工序測定所述壓電振子的頂點(diǎn)溫度Tp的壓電振子測定工序；設(shè)定所述溫度控制部的設(shè)定溫度Tov的溫度控制部調(diào)整工序；求出根據(jù)所述頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式生成的逆溫度特性補(bǔ)償量近似式的各個系數(shù)的工序；經(jīng)由接口電路將該各個系數(shù)輸入到所述運(yùn)算電路的工序；根據(jù)來自所述運(yùn)算電路的信號使所述補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路生成頻率溫度特性補(bǔ)償電壓的工序；以及對所述恒溫型壓電振蕩器的頻率進(jìn)行調(diào)整的工序。預(yù)先測定將溫度控制部的設(shè)定溫度設(shè)為恒定的多個恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性數(shù)據(jù)，求出高溫Th下的頻率偏差dF/F I Th與低溫Tl下的頻率偏差dF/F IT1之差(dF/ F|Th-dF/F|T1)和(Tp-Tov)之間的關(guān)系式、即頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式，求出該關(guān)系式的逆特性的逆溫度特性補(bǔ)償量近似式。測定壓電振子的頂點(diǎn)溫度Tp，設(shè)定溫度控制部的設(shè)定溫度Τον，輸入該數(shù)據(jù)Τρ、 Τον，求出逆溫度特性補(bǔ)償量近似式的各個系數(shù)，將該各個系數(shù)存儲到運(yùn)算電路的存儲器中。運(yùn)算電路根據(jù)存儲在存儲器中的各個系數(shù)，產(chǎn)生頻率電壓控制電路的補(bǔ)償電壓，根據(jù)該電壓生成對頻率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)碾娙?。這樣，如果求出了頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式，則只需輸入Tp和Τον，即可完成恒溫型壓電振蕩器的調(diào)整，所以是能夠大幅削減調(diào)整工時的制造方法。


圖1是示出本發(fā)明的恒溫型壓電振蕩器1和補(bǔ)償方法的結(jié)構(gòu)的概略框圖。圖2是示出SC切的一例的切斷角度的示意圖。圖3是SC切石英振子的頻率-電抗曲線。圖4是示出周圍溫度的時間變化和此時的恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性的圖。
圖5是示出周圍溫度的時間變化和此時的恒溫槽內(nèi)部溫度的變化的圖。圖6是SC切石英振子的頻率溫度特性和恒溫槽的設(shè)定溫度范圍。圖7是利用頂點(diǎn)溫度Tp與恒溫槽的設(shè)定溫度Tov之差來表示由恒溫槽的溫度變動引起的頻率偏差的變化趨勢的圖。圖8是利用一次函數(shù)對頂點(diǎn)溫度Tp和設(shè)定溫度Tov之間的溫度差與70°C和_10°C 下的各頻率偏差之差的分布圖進(jìn)行了近似時的圖。圖9是利用三次函數(shù)對頂點(diǎn)溫度Tp和設(shè)定溫度Tov之間的溫度差與70°C和_10°C 下的各頻率偏差之差的分布圖進(jìn)行了近似時的圖。圖10是利用五次函數(shù)對頂點(diǎn)溫度Tp和設(shè)定溫度Tov之間的溫度差與70 °C 和-10°c下的各頻率偏差之差的分布圖進(jìn)行了近似時的圖。圖11是根據(jù)頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式求出逆特性的逆溫度特性補(bǔ)償量近似式時的一次函數(shù)式、三次函數(shù)式、五次函數(shù)式的各式和系數(shù)。圖12是示出現(xiàn)有的恒溫槽型壓電振蕩器的結(jié)構(gòu)的框圖。圖13是現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償電路的框圖。標(biāo)號說明1 恒溫型壓電振蕩器；3 頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式；4 逆溫度特性補(bǔ)償量近似式；Yl 壓電振子；5 =IF電路；6 運(yùn)算電路；7 頻率電壓控制電路；7a 補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路； 7b 電壓可變電容電路；8 溫度控制部；8a 感溫元件；8b 發(fā)熱體；8c 溫度控制電路；10 振蕩電路；12 頻率可變輸入端子；14 輸出頻率端子。
具體實(shí)施例方式下面，根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是示出本發(fā)明的一個實(shí)施方式的恒溫型壓電振蕩器1的結(jié)構(gòu)的概略框圖。恒溫型壓電振蕩器1具有壓電振子Yl ；用于對壓電振子Yl進(jìn)行激勵的振蕩電路 10 ；通過電壓對由壓電振子Yl和振蕩電路10構(gòu)成的壓電振蕩器的振蕩頻率進(jìn)行控制的頻率電壓控制電路7 ；使壓電振子Yl的溫度保持恒定的溫度控制部8 ；以及對所輸入的信息進(jìn)行處理而向頻率電壓控制電路提供信號的運(yùn)算電路6。溫度控制部8具有感測壓電振子Yl附近的溫度的感溫元件8a ；對壓電振子Yl 進(jìn)行加熱的發(fā)熱體8b ；以及溫度控制電路8c，其根據(jù)感溫元件8a的溫度信號，將發(fā)熱體8b 的溫度控制成規(guī)定溫度。頻率電壓控制電路7具有電壓可變電容電路7b，其包括電容值能夠隨電壓而改變的多個電容元件；以及補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路，其根據(jù)來自運(yùn)算電路6的信息，生成對電壓可變電容電路7b施加的電壓。運(yùn)算電路6根據(jù)具有頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式3的逆特性的逆溫度特性補(bǔ)償量近似式4，使補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路7a生成對頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)碾妷?，將該電壓施加給電壓可變電容電路7b而對輸出頻率進(jìn)行補(bǔ)償，其中，該頻率偏差是由壓電振子Yl的零溫度系數(shù)溫度(頂點(diǎn)溫度)Tp與溫度控制部8的設(shè)定溫度Tov之間的溫度差產(chǎn)生的恒溫型壓電振蕩器1的頻率溫度特性中的頻率偏差。另外，恒溫型壓電振蕩器1在電壓可變電容電路7b中具有電容元件，且從輸出頻率端子14輸出頻率，所述電容元件的中心頻率隨從外部施加到頻率可變輸入端子12的電壓Vf而發(fā)生略微的變化。以往，在恒溫型壓電振蕩器(恒溫槽型高穩(wěn)定壓電振蕩器)中使用了石英振子，該石英振子使用了圖2示出一例的二次旋轉(zhuǎn)切石英基板。將SC切石英振子作為一例進(jìn)行說明。如圖2所示，SC切(Stress Compensated Cut)石英振子是這樣的振子將繞X軸旋轉(zhuǎn)了 θ (大約34度)、而且繞Ζ’軸旋轉(zhuǎn)了φ (大約22度)而切出的石英基板研磨至規(guī)定厚度，在其兩個主表面附著并形成激勵電極。在SC切石英振子中，如圖3所示，能夠激勵產(chǎn)生 C模式、B模式、A模式這三個振動模式，在這三個模式中使用C模式構(gòu)成石英振蕩器。AT切石英振子的拐點(diǎn)的一例大約為27. 5度，與此相對，C模式的拐點(diǎn)的一例位于大約95度這樣的高溫側(cè)，適合于使用恒溫槽構(gòu)成的高穩(wěn)定石英振蕩器。這里，拐點(diǎn)取決于切斷角φ的大小。需要以偏差小的方式、高精度地制作SC切石英振子的極大值、即零溫度系數(shù)的頂點(diǎn)溫度Τρ。而且，需要高精度地將收納SC切石英振子的恒溫槽的設(shè)定溫度調(diào)整為頂點(diǎn)溫度 Τρ。頂點(diǎn)溫度Tp對于每個SC切石英振子略有不同，所以，針對每個SC切石英振子的頂點(diǎn)溫度Tp調(diào)整恒溫槽的溫度是十分耗費(fèi)工時的作業(yè)。因此，嘗試著對在設(shè)定溫度恒定的恒溫槽中收納有未挑選頂點(diǎn)溫度Tp的SC切石英振子的恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性進(jìn)行了測定。在圖4中，設(shè)橫軸為經(jīng)過時間 (h)、縱軸的一方(圖中左側(cè))為頻率偏差dF/F(= (F-FcZFtl)A為中心頻率)、縱軸的另一方(圖中右側(cè))為周圍溫度Ta(°C)。將恒溫槽的周圍溫度Ta保持為常溫，之后，從常溫降低到-10°C并保持規(guī)定時間，然后，隨時間經(jīng)過使周圍溫度Ta上升到70°C，在70°C保持了規(guī)定時間后，返回常溫。曲線Cl是示出此時的經(jīng)過時間與恒溫槽的周圍溫度Ta之間的關(guān)系的曲線。曲線群C2示出了各個恒溫型壓電振蕩器相對于周圍溫度Ta的頻率偏差dF/ F(XlO"9)。圖5是示出恒溫槽的周圍溫度Ta與內(nèi)部溫度Tov之間的關(guān)系的圖。設(shè)橫軸為經(jīng)過時間(h)、縱軸的一方(圖中左側(cè))為恒溫槽的設(shè)定溫度與內(nèi)部溫度Tov之間的溫度差、 縱軸的另一方(圖中右側(cè))為周圍溫度TaCC )。將恒溫槽的周圍溫度Ta保持為常溫，之后，從常溫降低到-10°C并保持規(guī)定時間，然后，使周圍溫度Ta上升到70°C，在70°C保持了規(guī)定時間后，返回常溫。曲線Cl是示出此時的經(jīng)過時間與恒溫槽的周圍溫度Ta之間的關(guān)系的曲線。曲線C3示出了恒溫槽的設(shè)定溫度與內(nèi)部溫度Tov之間的溫度差相對于周圍溫度 Ta的變化而發(fā)生的變化。在常溫下，恒溫槽的設(shè)定溫度與內(nèi)部溫度Tov之間的溫度差為零， 但是，當(dāng)周圍溫度Ta為-10°C時，溫度差向負(fù)側(cè)變動0. 5°C左右，而當(dāng)周圍溫度Ta為70V 時，溫度差向正側(cè)變動1°C左右。即，恒溫槽的內(nèi)部溫度Tov隨周圍溫度Ta的變化而發(fā)生略微的變動，當(dāng)周圍溫度Ta低時，內(nèi)部溫度Tov比設(shè)定溫度稍低，當(dāng)周圍溫度Ta高時，內(nèi)部溫度Tov比設(shè)定溫度稍高。圖6是示出SC切石英振子的頻率溫度特性曲線的圖，示出了拐點(diǎn)附近的頻率溫度特性。優(yōu)選將恒溫槽的溫度Tov設(shè)定為SC切石英振子的頻率溫度特性曲線的極大值的溫度、即零溫度系數(shù)溫度(頂點(diǎn)溫度Tp)。即，優(yōu)選設(shè)定在圖6的頻率溫度特性曲線的區(qū)域A 中。另一方面，在將設(shè)定溫度Tov設(shè)定在低于頂點(diǎn)溫度Tp的低溫側(cè)的區(qū)域B中、以及將設(shè)定溫度Tov設(shè)定在高于頂點(diǎn)溫度Tp的高溫側(cè)的區(qū)域C中的情況下，當(dāng)恒溫槽的內(nèi)部溫度Tov 隨周圍溫度Ta的變化而如圖5所示的略微變動時，恒溫型壓電振蕩器的頻率變化的狀況不同。圖6示出了設(shè)橫軸為周圍溫度Ta、縱軸為SC切石英振子的頻率偏差時、SC切石英振子相對于周圍溫度Ta的略微變化而產(chǎn)生的頻率變化。在將恒溫槽的內(nèi)部溫度Tov設(shè)定為SC切石英振子的頂點(diǎn)溫度Tp、即設(shè)定在圖6的區(qū)域A中的情況下，即使內(nèi)部溫度Tov略微地變動，恒溫型壓電振蕩器的頻率偏差dF/F也如圖7的曲線Ca那樣沒有變化。在將恒溫槽的內(nèi)部溫度Tov設(shè)定為低于頂點(diǎn)溫度Tp的低溫側(cè)、即設(shè)定在圖6的區(qū)域B中的情況下， 如果內(nèi)部溫度Tov略微上升，則恒溫型壓電振蕩器的頻率偏差dF/F如圖7的曲線Cb那樣與內(nèi)部溫度Tov —起增加。此外，在將內(nèi)部溫度Tov設(shè)定為高于頂點(diǎn)溫度Tp的高溫側(cè)、即設(shè)定在圖6的區(qū)域C中的情況下，如果內(nèi)部溫度Tov略微上升，則頻率偏差dF/F如圖7的曲線C。那樣，與內(nèi)部溫度Tov略微上升相反地，頻率偏差dF/F減小。相反，在設(shè)定溫度Tov恒定的恒溫槽中收納了頂點(diǎn)溫度Tp存在偏差的SC切石英振子而構(gòu)成的恒溫型壓電振蕩器的頻率偏差的變化與上面敘述的情況相同。嘗試著重新研究了圖4所示的恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性。在圖8中將 SC切石英振子的頂點(diǎn)溫度Tp與恒溫槽的設(shè)定溫度(內(nèi)部溫度)Tov之間的溫度差(Tp-Tov) 作為橫軸，將70°C下的恒溫型壓電振蕩器的頻率偏差dF/F_70°C與-10°C下的頻率偏差dF/ F_-10°C之差(dF/F_70°C -dF/F_-10°C )作為縱軸，重新描繪了圖4所示的頻率溫度特性的數(shù)據(jù)。根據(jù)圖8發(fā)現(xiàn)，在溫度差(Tp-Tov)與頻率偏差之差(dF/F_70°C -dF/F_-10°C )之間存在較強(qiáng)的相關(guān)度。圖8是利用一次函數(shù)對該相關(guān)度進(jìn)行了近似的例子。根據(jù)圖8想到， 如果對頻率偏差之差(dF/F_70°C -dF/F_-10°C )進(jìn)行補(bǔ)償，則即使恒溫槽的設(shè)定溫度Τον 與SC切石英振子的頂點(diǎn)溫度Tp不一致，也能夠?qū)⒑銣匦蛪弘娬袷幤鞯念l率溫度特性調(diào)整至期望的穩(wěn)定度內(nèi)。測定多個SC切石英振子的頂點(diǎn)溫度Τρ，將恒溫槽的溫度Tov設(shè)定為該頂點(diǎn)溫度的平均值的溫度。測定SC切石英振子各自的頂點(diǎn)溫度Τρ，求出溫度差(Tp-Tov)。將溫度差 (Tp-Tov)應(yīng)用于圖8的橫軸時，利用縱軸推測出在恒溫型壓電振蕩器中產(chǎn)生的頻率偏差之差(dF/F_70°C-dF/F_-10°C )。為了使恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性收斂于期望的穩(wěn)定度內(nèi)，只要使推測出的(dF/F_70°C-dF/F_-10°C )為零即可。即，只要對恒溫型壓電振蕩器的振蕩頻率補(bǔ)償-(dF/F_70°C -dF/F_-10°C )即可。因此，只要進(jìn)行如下處理即可求出圖8的頻率溫度特性補(bǔ)償近似曲線Kl的逆特性的逆溫度特性補(bǔ)償量近似式，在該逆溫度特性補(bǔ)償量近似式中代入頂點(diǎn)溫度Tp與設(shè)定內(nèi)部溫度Τον，求出頻率補(bǔ)償量，與恒溫型壓電振蕩器的振蕩頻率相加。圖9是利用三次函數(shù)Κ3對溫度差(Tp-Tov)與頻率偏差之差(dF/F_70°C -dF/ F_-10°C)之間的關(guān)系進(jìn)行了近似的情況，圖10是利用五次函數(shù)K5進(jìn)行了近似的情況。函數(shù)的次數(shù)越高，近似精度的程度越高，越能夠使恒溫型壓電振蕩器的頻率偏差接近零，但是，利用電路實(shí)現(xiàn)函數(shù)時，電路變得復(fù)雜。使用圖8 10所示的一次函數(shù)近似式K1、三次函數(shù)近似式K3、五次函數(shù)近似式 K5中的任意一個式子，求出圖1所示的頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式3，將所求出的式子的逆特性作為逆溫度特性補(bǔ)償量近似式4。這里，所謂逆特性，是指例如當(dāng)利用Y = οΧ+β (其中，X = (Tp-Tov)、Y = dF/F_70°C -dF/F_-10°C )表示圖 8 的一次函數(shù)近似式 Kl 時，將 Y 置換為1、將X置換為χ后的式子。S卩，將y = -(ax+i3)(其中，χ= (Tp-Tov)、y = dF/ F_70°C -dF/F_-10°C )稱為Y的逆特性。三次函數(shù)近似式、五次函數(shù)近似式也同樣如此。關(guān)于利用多項(xiàng)式表示逆溫度特性補(bǔ)償量近似式4時的各個系數(shù)，例如在為五次式的情況下，設(shè)五次的系數(shù)為f5、四次的系數(shù)為％、三次的系數(shù)為d5、二次的系數(shù)為C5、一次的系數(shù)為b5、常數(shù)項(xiàng)為a5，從PC (個人計算機(jī))等向恒溫型壓電振蕩器1的接口電路5輸出各個系數(shù)f5、e5、d5、c5、b5、a5,并將各個系數(shù)f5、e5、d5、c5、b5、a5存儲到運(yùn)算電路6的存儲器中。頻率電壓控制電路7的補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路7a根據(jù)存儲在存儲器中的系數(shù)f5、e5、d5、c5、 b5、ii5，產(chǎn)生五次函數(shù)的電壓，將該電壓施加給電壓可變電容電路7b。電壓可變電容電路7b 呈現(xiàn)出與所施加的電壓對應(yīng)的電容值，該電容值與壓電振子Yl串聯(lián)連接，所以，能夠改變由壓電振子Yl和振蕩電路10構(gòu)成的壓電振子的振蕩器頻率。該頻率可變量例如是對與圖 10的溫度差(Tp-Tov)對應(yīng)的頻率偏差之差(dF/F_70°C -dF/F__10°C )標(biāo)上負(fù)號后的頻率變化量，其作用是將由溫度差(Tp-Tov)產(chǎn)生的頻率偏差補(bǔ)償為零。將溫度控制部的設(shè)定溫度Tov設(shè)定為作為壓電振子的頂點(diǎn)溫度Tp的平均值的恒定溫度。求出由頂點(diǎn)溫度Tp與設(shè)定溫度Tov之間的溫度差引起的恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性的頻率偏差。根據(jù)由多個恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性數(shù)據(jù)得到的頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式3，對該頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償。即，構(gòu)成了發(fā)揮如下功能的恒溫型壓電振蕩器使頻率電壓控制電路7生成頻率補(bǔ)償用的電容，利用其電容值對所述頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償。只需將溫度控制部的設(shè)定溫度Tov設(shè)定為恒定值并輸入壓電振子的頂點(diǎn)溫度Tp 和設(shè)定溫度Tov，運(yùn)算電路6就會使補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路7a產(chǎn)生補(bǔ)償電極電壓，利用該電壓生成頻率補(bǔ)償用的電容，對由溫度差(Tp-Tov)引起的頻率溫度特性的頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償，所以，能夠使調(diào)整工序自動化，省去了各個溫度控制部的調(diào)整，具有大幅削減工時的效果。并且，在壓電振子Yl中使用了 SC切石英振子，由此，在產(chǎn)生了制造時的安裝中的應(yīng)力(變形)的偏差、由溫度變化引起的變形、由時間變化引起的變形的變化等的情況下， 與其他切取方式的石英振子相比，具有頻率變化小的效果。圖11是示出表示逆溫度特性補(bǔ)償量近似式4的一次函數(shù)、三次函數(shù)、五次函數(shù)的式子。其中，X表示SC切石英振子的頂點(diǎn)溫度Tp與恒溫槽的設(shè)定溫度Tov之間的溫度差， y表示頻率溫度特性的頻率偏差補(bǔ)償量。通過利用一次多項(xiàng)式對頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式3進(jìn)行近似，由此，具有如下效果能夠滿足恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性，同時能夠簡化補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)，并且，能夠大幅削減溫度控制部的調(diào)整工時。并且，通過利用三次多項(xiàng)式對頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式3進(jìn)行近似，由此，與使用一次多項(xiàng)式的情況相比，補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，但是，具有如下效果能夠進(jìn)一步改善恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性，并且，能夠大幅削減溫度控制部的調(diào)整工時。并且，通過利用五次多項(xiàng)式對頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式進(jìn)行近似，由此，補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，但是，具有如下效果能夠大幅改善恒溫型壓電振蕩器的頻率溫度特性，并且，能夠大幅削減溫度控制部的調(diào)整工時。
本發(fā)明的制造方法是上述恒溫型壓電振蕩器的制造方法，該制造方法具有以下工序測定壓電振子Yl的頂點(diǎn)溫度Tp的壓電振子測定工序；設(shè)定溫度控制部8的設(shè)定溫度Tov的溫度控制部調(diào)整工序；求出根據(jù)頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式3生成的逆溫度特性補(bǔ)償量近似式4的各個系數(shù)的工序；經(jīng)由接口電路5將該各個系數(shù)輸入到運(yùn)算電路6的工序；根據(jù)來自運(yùn)算電路6的信號使補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路7a生成補(bǔ)償電壓的工序；通過該電壓使電壓可變電容電路7b生成電容的工序；以及根據(jù)該電容的電容值對恒溫型壓電振蕩器的頻率進(jìn)行調(diào)整的工序。預(yù)先測定使溫度控制部8的設(shè)定溫度Tov恒定的多個恒溫型壓電振蕩器1的頻率溫度特性數(shù)據(jù)，求出高溫Th下的頻率偏差dF/F I Th與低溫Tl下的頻率偏差dF/F IT1之差 (dF/F|Th-dF/F|T1)和(Tp-Tov)之間的關(guān)系式、即頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式3，求出該關(guān)系式的逆特性的逆溫度特性補(bǔ)償量近似式4。測定壓電振子Yl的頂點(diǎn)溫度Τρ，設(shè)定溫度控制部8的設(shè)定溫度Τον，輸入該數(shù)據(jù) Τρ、Τον，求出逆溫度特性補(bǔ)償量近似式4的各個系數(shù)，將該各個系數(shù)存儲到運(yùn)算電路的存儲器中。運(yùn)算電路6根據(jù)存儲在存儲器中的各個系數(shù)，使頻率電壓控制電路7產(chǎn)生補(bǔ)償電壓，根據(jù)該電壓生成對頻率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)碾娙?。這樣，如果求出了頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式 3，則只需輸入Tp和Τον，就能完成恒溫型壓電振蕩器的調(diào)整，所以是能夠大幅削減調(diào)整工時的制造方法。另外，以上只是例示地說明了 SC切石英振子，在具有其他切角的石英振子中也能夠?qū)嵤┍景l(fā)明。
10
權(quán)利要求
1.一種恒溫型壓電振蕩器，該恒溫型壓電振蕩器具有壓電振子；對所述壓電振子進(jìn)行激勵的振蕩電路；通過電壓對振蕩頻率進(jìn)行控制的頻率電壓控制電路；使所述壓電振子的溫度保持恒定的溫度控制部；以及對所輸入的信息進(jìn)行處理而向所述頻率電壓控制電路提供信號的運(yùn)算電路，該恒溫型壓電振蕩器的特征在于，所述溫度控制部具有感測溫度的感溫元件；對所述壓電振子進(jìn)行加熱的發(fā)熱體；以及根據(jù)所述感溫元件的溫度信號對所述發(fā)熱體的溫度進(jìn)行控制的溫度控制電路，所述頻率電壓控制電路具有電容值能夠隨電壓而改變的電壓可變電容電路；以及補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路，所述運(yùn)算電路根據(jù)對由所述壓電振子的零溫度系數(shù)溫度Tp與所述溫度控制部的設(shè)定溫度Tov之間的溫度差引起的頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)念l率溫度特性補(bǔ)償量近似式，使所述補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路生成對所述頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)碾妷海瑢⒃撾妷菏┘咏o所述電壓可變電容電路，對頻率進(jìn)行補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒溫型壓電振蕩器，其特征在于， 所述壓電振子是石英振子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的恒溫型壓電振蕩器，其特征在于， 所述頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式利用對于所述溫度差(Tp-Tov)似。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的恒溫型壓電振蕩器，其特征在于， 所述頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式利用對于所述溫度差(Tp-Tov)似。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的恒溫型壓電振蕩器，其特征在于， 所述頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式利用對于所述溫度差(Tp-Tov)似。
6.一種恒溫型壓電振蕩器的制造方法，該恒溫型壓電振蕩器是權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的恒溫型壓電振蕩器，該制造方法的特征在于，具有以下工序測定所述壓電振子的頂點(diǎn)溫度Tp的壓電振子測定工序； 設(shè)定所述溫度控制部的設(shè)定溫度Tov的溫度控制部調(diào)整工序； 求出根據(jù)所述頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式生成的逆溫度特性補(bǔ)償量近似式的各個系數(shù)的工序；經(jīng)由接口電路將該各個系數(shù)輸入到所述運(yùn)算電路的工序；根據(jù)來自所述運(yùn)算電路的信號使所述補(bǔ)償電壓產(chǎn)生電路生成補(bǔ)償電壓的工序；以及對所述恒溫型壓電振蕩器的頻率進(jìn)行調(diào)整的工序。的一次多項(xiàng)式進(jìn)行近的三次多項(xiàng)式進(jìn)行近的五次多項(xiàng)式進(jìn)行近
全文摘要
本發(fā)明提供恒溫型壓電振蕩器及其制造方法。為了減少恒溫型壓電振蕩器的調(diào)整工時，采取了如下手段將恒溫槽的設(shè)定溫度設(shè)為恒定，對由設(shè)定溫度與壓電振子的頂點(diǎn)溫度之間的溫度差引起的頻率溫度特性的頻率偏差進(jìn)行補(bǔ)償。恒溫型壓電振蕩器(1)具有壓電振子(Y1)、振蕩電路(10)、頻率電壓控制電路(7)、溫度控制部(8)、運(yùn)算電路(6)。溫型壓電振蕩器發(fā)揮如下功能溫度控制部(8)控制壓電振子(Y1)附近的溫度，運(yùn)算電路(6)根據(jù)另行求出的頻率溫度特性補(bǔ)償量近似式，使頻率電壓控制電路(7)對由壓電振子(Y1)的零溫度系數(shù)溫度(Tp)與溫度控制部(8)的設(shè)定溫度(Tov)之間的溫度差引起的頻率溫度特性的頻率偏差量進(jìn)行補(bǔ)償。
文檔編號H03B5/32GK102201787SQ201110070549
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者曾我忠央, 松岡淳, 老沼雄一, 荻野晶敏 申請人:精工愛普生株式會社