圧電発振器の製造方法、圧電発振器
【課題】圧電発振器の製造方法、及び圧電発振器を提供する。
【解決手段】圧電振動子１２の発振周波数の温度特性を近似するための温度特性情報７６に基づいて第１の近似式７０を算出し、前記第１の近似式７０と前記圧電振動子１２の温度に対応する情報（検出電圧６６）を用いて温度補償量８０を算出可能な温度補償回路４０に、発振信号５８と前記温度特性情報７６を出力する圧電発振器１０の製造方法であって、前記圧電振動子１２の温度と前記発振周波数との関係を離散的に示す離散温度特性情報７４を生成し、前記離散温度特性情報７４に基づいて前記第１の近似式７０より高次である第２の近似式７２を算出し、前記第２の近似式７２から前記第１の近似式７０が生成可能となる特徴点を抽出することにより前記温度特性情報７６を生成することを特徴とする。
【解決手段】圧電振動子１２の発振周波数の温度特性を近似するための温度特性情報７６に基づいて第１の近似式７０を算出し、前記第１の近似式７０と前記圧電振動子１２の温度に対応する情報（検出電圧６６）を用いて温度補償量８０を算出可能な温度補償回路４０に、発振信号５８と前記温度特性情報７６を出力する圧電発振器１０の製造方法であって、前記圧電振動子１２の温度と前記発振周波数との関係を離散的に示す離散温度特性情報７４を生成し、前記離散温度特性情報７４に基づいて前記第１の近似式７０より高次である第２の近似式７２を算出し、前記第２の近似式７２から前記第１の近似式７０が生成可能となる特徴点を抽出することにより前記温度特性情報７６を生成することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からの測位信号に基づいて位置計測を行う圧電発振器の温度補償に係り、特に温度補償機能を外部に委ねる圧電発振器であるＴＳＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ｘｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）に搭載され、外部の温度補償回路に供される圧電発振器の温度補償に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ機能を備えた携帯電話機等の受信装置、及びＧＰＳ受信機能を備えた携帯電話器等は、複数のＧＰＳ衛星から送信される測位信号を復調・解析して現在位置を測定するものである。これらの受信装置に使用される基準発振器としては、温度による周波数変化の小さい温度補償型圧電発振器ＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｘｔａｌ Ｏｓｃｉｌａｌａｔｏｒ）が、広く使用されている。その理由は、受信装置に内蔵された発振器の周波数精度が高いほど、ＧＰＳ衛星から送信される測位信号を捕捉するためのサーチ範囲を狭めることができ、結果的にサーチ時間を短縮して、すなわちＧＰＳ衛星の測位信号を捕捉する時間を短縮して、短時間で測位を行うことができる。
【０００３】
一方、上述の受信装置等は装置の電源投入時等の立ち上げ時において、装置全体で温度が短時間に上昇したり、携帯電話等においては屋外から屋内、屋内から屋外に移動したときに温度が急激に変動するため、発振器内での温度が安定するまで温度補償が不安定になる問題があった。この問題を解決するため、ユーザー側で温度変化に対して高速で応答できる温度補償回路を独自に構築し、発振器側から発振器に搭載された圧電振動子特有の３次曲線的な周波数温度特性を示す温度特性情報を取得して、これにより温度補償を適切に行なう要請がなされている。よって、これに対応するため、発振回路側として温度補償回路を不要とするＴＳＸＯが適用され、ＴＳＸＯは、搭載された圧電振動子の現在温度をユーザー側に出力する温度センサーと、搭載された圧電振動子の温度特性情報（ある環境温度における圧電振動子の所定温度を示す温度センサー電圧と温度係数）を記憶し、ユーザー側に温度特性情報を出力する記憶回路を搭載している（特許文献１参照）。
【０００４】
厚みすべり振動を利用した水晶振動子を使用する場合、発振器から出力される発振信号は、正の３次曲線を描く温度特性を有するが、上述のＴＳＸＯを搭載しユーザー側でＴＳＸＯに接続した温度補償回路を有するＧＰＳシステム等においては、温度センサーから得た温度の情報と、記憶回路から得た温度特性情報をもとに、どの温度においても周波数が一定となるように温度補償回路において温度補償量を算出して周波数補正を掛けている。
【０００５】
ここで、記憶回路に記憶している温度特性情報は製造検査工程時に取得したものであるため、製造時のスループットの観点から、温度上昇時、または温度下降時のいずれか一方の温度変化した際の温度特性情報を取得し、記憶回路に記憶するのが一般的である。一方、温度補償回路側ではこの温度特性情報に基づいて水晶振動子の基準温度における発振周波数を基準とし温度変化に対して連続的に変化する周波数偏差の近似式を算出し、この近似式と温度センサーから得た温度の情報から温度補償量を算出している。
【０００６】
ところで、上述のＧＰＳ機能を搭載した携帯電話端末などの高精度の電子機器の分野においては、周波数偏差（Δｆ／ｆ０）の許容範囲が非常に狭く、例えば、−３０℃〜８５℃の温度範囲では周波数偏差（Δｆ／ｆ０）は０．５ｐｐｍ以内であることが要求される。この条件を満たさないとサーチ時間が長くなり、結果的に測位誤差が生じたり、ＧＰＳ衛星との同調が不調となる虞がある、といった問題があった。このため温度特性情報の情報数を多くすることにより近似式を高精度に算出して温度補償を行うことが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３２４３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、温度特性情報の情報数を増やすと、温度補償回路における温度補償量の算出時間がかかるため、温度補償回路における温度補償の応答速度が低下し、ＧＰＳ装置など高速な応答が要求されるシステムにおいては上述の問題を回避することができないといった問題があった。また近似式の算出においては、元の温度特性情報は近似式を算出しやすい特徴点において測定された温度と、温度に対応する周波数偏差を用いることが望ましいが、水晶発振器中の水晶振動子の発振周波数の温度特性にはバラつきがあるため、個々の水晶振動子の温度特性の特徴点を特定した上で温度特性情報を生成するのは煩雑となる、といった問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、上記問題点に着目し、温度補償回路に出力する温度特性情報の情報数を増やすことなく、圧電振動子の発振周波数の温度特性のバラつきに関わらず周波数偏差情報の近似式を高精度に算出させ温度補償を高精度に行うことが可能な圧電発振器の製造方法、圧電発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］圧電振動子の発振周波数の温度特性を近似するための温度特性情報に基づいて第１の近似式を算出し、前記第１の近似式と前記圧電振動子の温度に対応する情報を用いて温度補償量を算出可能な温度補償回路に、発振信号と前記温度特性情報を出力する圧電発振器の製造方法であって、前記圧電振動子の温度と前記発振周波数との関係を離散的に示す離散温度特性情報を生成し、前記離散温度特性情報に基づいて前記第１の近似式より高次である第２の近似式を算出し、前記第２の近似式から前記第１の近似式が生成可能となる特徴点を抽出することにより前記温度特性情報を生成することを特徴とする圧電発振器の製造方法。
【００１１】
上記方法により、温度特性情報は離散温度特性情報より情報数が少ないものとなるが、温度補償回路はこれを用いて第１の近似式を生成して温度補償量を算出することになる。しかし第１の近似式は第２の近似式から第１の近似式を生成しやすい特徴点を抽出したものから生成されるため、圧電振動子の発振周波数の温度特性にバラつきがあっても第１の近似式を高精度に生成することができる。また第１の近似式は、第２の近似式の情報をある程度拾った形となっているため、第１の近似式の精度は第２の近似式の精度と遜色の無いものとなっている。したがって離散温度特性情報より少ない情報数の温度特性情報によっても高精度な温度補償を行うことができるので圧電発振器側の温度特性情報に係る容量負担を軽減して小型化を実現しつつ、高精度な温度補償を温度補償回路に行わせることができる。さらに温度特性情報の数を一定の数に制限できるので温度補償回路における温度変化に対応する応答性の低下を防止し、ＧＰＳ装置など高速な応答が要求されるシステムの温度補償に対応することができる。
【００１２】
［適用例２］前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、により生成したことを特徴とする適用例１に記載の圧電発振器の製造方法。
【００１３】
上記方法により、圧電発振器側で温度係数の演算が不要となるため圧電発振器形成時の作業負担を抑制してコストを抑制することができる。この場合、ユーザー側で温度特性情報に対応する第１の近似式から温度係数を算出することになるが、ユーザー側で独自に正確な温度係数を演算することができる。
【００１４】
［適用例３］前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、に前記第１の近似式を整合させて抽出される温度係数により生成したことを特徴とする適用例１に記載の圧電発振器の製造方法。
【００１５】
上記方法により、温度補償回路においては温度係数を算出するための演算が不要となるため、ユーザー側の負担を軽減して圧電発振器を搭載したシステムの構築を容易に行うことができる。
【００１６】
［適用例４］前記圧電振動子の温度に対応した検出電圧を出力する温度検出手段を前記圧電振動子に隣接して配設し、前記第１、第２の近似式は、前記検出電圧に関連付けられた情報として算出し、前記温度特性情報は、前記第２の近似式から抽出し、前記温度特性情報に基づいて前記第１の近似式を算出し、前記第２の近似式と前記温度検出手段から入力される検出電圧を用いて温度補償量を算出可能な温度補償回路に前記発振信号を出力することを特徴とする適用例１乃至３のいずれか１例に記載の圧電発振器の製造方法。
【００１７】
上記方法により、温度検出手段は圧電振動子の周囲温度を測定誤差を抑制して測定することができるので、離散温度特性情報を高精度に算出して、第２の近似式を高精度に算出し、これにより第１の近似式、温度特性情報を高精度に算出することができる。さらに圧電振動子の現在温度をリアルタイムでかつ高精度に測定できるので、温度補償回路における補正誤差を抑制して、温度補償を高精度に行なわせることができる。
【００１８】
［適用例５］適用例１乃至４のいずれか１例に記載の圧電発振器の製造方法により形成された圧電発振器に前記温度補償回路を組み込んだことを特徴とする圧電発振器の製造方法。
【００１９】
上記方法により、温度補償型発振回路において、離散温度特性情報より少ない情報数の温度特性情報によっても高精度な温度補償を行うことができるので圧電発振器側の温度特性情報に係る容量負担を軽減しつつ高精度な温度補償を温度補償回路に行わせ、高精度に温度補償が行われた発振信号を出力することができる。
【００２０】
［適用例６］圧電振動子と、前記圧電振動子を発振させるとともに、前記圧電振動子の発振周波数の温度特性を近似するための温度特性情報に基づいて第１の近似式を算出し、前記第１の近似式と前記圧電振動子の温度に対応する情報を用いて温度補償量を算出する温度補償回路に、発振信号を出力する発振回路と、前記温度特性情報を記憶する記憶回路と、を有し、前記温度特性情報は、前記圧電振動子の温度と前記発振周波数との関係を離散的に示した離散温度特性情報を生成し、前記離散温度特性情報に基づいて前記第１の近似式より高次である第２の近似式を算出し、前記第２の近似式から前記第１の近似式が生成可能となる特徴点を抽出して生成し前記記憶回路に記憶したものであることを特徴とする圧電発振器。
【００２１】
上記構成により、温度特性情報は離散温度特性情報より情報数が少ないものとなるが、温度補償回路はこれを用いて第１の近似式を生成して温度補償量を算出することになる。しかし第１の近似式は第２の近似式から第１の近似式を生成しやすい特徴点を抽出したものから生成されるため、圧電振動子の発振周波数の温度特性にバラつきがあっても第１の近似式を高精度に生成することができる。また第１の近似式は、第２の近似式の情報をある程度拾った形となっているため、第１の近似式の精度は第２の近似式の精度と遜色の無いものとなっている。したがって離散温度特性情報より少ない情報数の温度特性情報によっても高精度な温度補償を行うことができるので圧電発振器側の温度特性情報に係る容量負担を軽減して小型化を実現しつつ、高精度な温度補償を温度補償回路に行わせることが可能な圧電発振器となる。さらに温度特性情報の数を一定の数に制限できるので温度補償回路における温度変化に対する応答性の低下を防止し、ＧＰＳ装置など高速な応答が要求されるシステムの温度補償に対応することができる。
【００２２】
［適用例７］前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、からなることを特徴とする適用例６に記載の圧電発振器。
【００２３】
上記構成により、圧電発振器側で温度係数の演算が不要となるため圧電発振器形成時の作業負担を抑制してコストを抑制することが可能な圧電発振器となる。この場合、ユーザー側で温度特性情報に対応する第１の近似式から温度係数を算出することになるが、ユーザー側で独自に正確な温度係数を演算することができる。
【００２４】
［適用例８］前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、に前記第１の近似式を整合させて抽出された温度係数であることを特徴とする適用例６に記載の圧電発振器。
【００２５】
上記構成により、温度補償回路においては温度係数を算出するための演算が不要となるため、ユーザー側の負担を軽減して圧電発振器を搭載したシステムの構築を容易に行うことができる。
【００２６】
［適用例９］前記圧電振動子の温度に対応した検出電圧を出力する温度検出手段が前記圧電振動子に隣接して設けられるとともに、前記第１、第２の近似式は、前記検出電圧に関連付けられた情報として算出し、前記温度特性情報は、前記第２の近似式から抽出し、前記発振回路は、前記温度特性情報に基づいて前記第１の近似式を算出し、前記第２の近似式と前記温度検出手段から入力される前記検出電圧を用いて温度補償量を算出可能な温度補償回路に前記発振信号を出力することを特徴とする適用例６乃至８のいずれか１例に記載の圧電発振器。
【００２７】
上記構成により、温度検出手段は圧電振動子の周囲温度を測定誤差を抑制して測定することができるので、離散温度特性情報を高精度に算出して、第２の近似式を高精度に算出し、これにより第１の近似式、温度特性情報を高精度に算出することができる。さらに圧電振動子の現在温度をリアルタイムでかつ高精度に測定できるので、温度補償回路における補正誤差を抑制して、温度補償を高精度に行なわせることが可能な圧電発振器となる。
【００２８】
［適用例１０］適用例６乃至９のいずれか１例に記載の圧電発振器に前記温度補償回路を組み込んで形成したことを特徴とする圧電発振器。
上記構成により、離散温度特性情報より少ない情報数の温度特性情報によっても高精度な温度補償を行うことができるので圧電発振器側の温度特性情報に係る容量負担を軽減しつつ高精度な温度補償を温度補償回路に行わせ、高精度に温度補償が行われた発振信号を出力することが可能な温度補償型発振回路となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】温度補償回路に接続された本実施形態の圧電発振器の模式図である。
【図２】本実施形態の圧電発振器と測定器との接続図である。
【図３】離散温度特性情報と、離散温度特性情報に対応して算出された第２の近似式を示す図である。
【図４】第２の近似式の特徴点から抽出して生成された温度特性情報と、温度特性情報に対応して算出された第１の近似式を示す図である。
【図５】離散温度特性情報に係る温度における第１の近似式上の値と第２の近似式上の値と、の離散温度特性情報を基準とした近似誤差を示す図である。
【図６】記憶回路に記憶する温度特性情報の容量を比較する表である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００３１】
図１に温度補償回路に接続された本実施形態に係る圧電発振器を示す。本実施形態に係る圧電発振器１０は、圧電振動子１２と、前記圧電振動子１２を発振させるとともに、前記圧電振動子１２の発振周波数の温度特性を近似するための温度特性情報７６に基づいて第１の近似式７０を算出し、前記第１の近似式７０と前記圧電振動子１２の温度に対応する情報（検出電圧６６）を用いて温度補償量８０を算出する温度補償回路４０に、発振信号５８を出力する発振回路１４と、前記温度特性情報７６を記憶する記憶回路２０と、を有し、前記温度特性情報７６は、前記圧電振動子１２の温度と前記発振周波数との関係を離散的に示した離散温度特性情報７４（図３参照）を生成し、前記離散温度特性情報７４に基づいて前記第１の近似式７０より高次である第２の近似式７２を算出し、前記第２の近似式７２から前記第１の近似式７０が生成可能となる特徴点を抽出して生成し前記記憶回路２０に記憶したものである。
【００３２】
したがって上記構成を用いた圧電発振器１０の製造方法は、圧電振動子１２の発振周波数の温度特性を近似するための温度特性情報７６に基づいて第１の近似式７０を算出し、前記第１の近似式７０と前記圧電振動子１２の温度に対応する情報（検出電圧６６）を用いて温度補償量８０を算出可能な温度補償回路４０に、発振信号５８と前記温度特性情報７６を出力する圧電発振器１０の製造方法であって、前記圧電振動子１２の温度と前記発振周波数との関係を離散的に示す離散温度特性情報７４（図３参照）を生成し、前記離散温度特性情報７４に基づいて前記第１の近似式７０より高次である第２の近似式７２を算出し、前記第２の近似式７２から前記第１の近似式７０が生成可能となる特徴点を抽出することにより前記温度特性情報７６を生成するものである。
【００３３】
本実施形態の圧電発振器１０は、温度補償回路４０を内蔵しないＴＳＸＯである。半導体基板（不図示）上にパターニングにより、発振回路１４、温度センサー１６、バッファー１８、記憶回路２０、シリアルインターフェース回路２２、電源端子３６、グランド端子３８等の各端子が形成され、発振回路１４と圧電振動子１２が接続された構造を有している。さらに図１に示すように、圧電発振器１０の接続対象となる温度補償回路４０は、周波数補正回路４２、ＣＰＵ４４、メモリ４６、Ａ／Ｄ変換器４８を有する。また温度特性情報７６を算出する際には図２に示すように、圧電発振器１０は測定器５０に接続され、測定器５０は、周波数カウンター５２、ＰＣ５４、電圧マルチメーター５６を有する。
【００３４】
圧電振動子１２は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料からなり、水晶であればＡＴカットすることにより形成され、発振回路１４から交流電圧を受けて、厚みすべり振動により所定の共振周波数で発振することができる。このＡＴカットによる厚みすべり振動を用いた水晶振動子の共振周波数は、基準温度（２５℃）を中心として正の３次曲線となる温度特性を有している。
【００３５】
発振回路１４は、圧電振動子１２を発振源とする例えばコルピッツ型の発振回路であり、発振周波数出力端子２４を介して温度補償回路４０、または測定器５０に発振信号５８を出力する。
【００３６】
温度センサー１６は、ダイオード構造を有しており、順方向電流を流し、温度によって変化する検出電圧６６をバッファー１８を介して温度センサー電圧出力端子３４から温度補償回路４０または測定器５０に出力するものである。ここで検出電圧６６は温度上昇とともに１次関数的に減少し、出力される検出電圧６６は測定される温度に対応したものとなっている。なお、温度センサー１６は圧電振動子１２に隣接して配置することが望ましい。これにより圧電振動子１２近辺の温度を正確に測定することができ、後述の第２の近似式７２、離散温度特性情報７４において温度と周波数、若しくは周波数変位との対応を正確に行ない、第１の近似式７０及び温度特性情報７６を高精度に算出することができる。このように本実施形態において温度は、温度センサー１６からの検出電圧６６に対応しており、後述の温度補償回路４０や測定器５０もこの検出電圧６６に関連付けられた情報として第１の近似式７０、第２の近似式７２を算出している。なお温度センサー１６は電源から電力が供給される限り検出電圧６６を出力し続けるものとする。
【００３７】
シリアルインターフェース回路２２は、外部からの指令を受けて記憶回路２０に温度特性情報７６を記憶したり、温度センサー１６から出力される検出電圧６６、記憶回路２０に記憶された温度特性情報７６を外部に出力するものである。シリアルインターフェース回路２２は記憶回路２０、温度センサー１６に接続されており、データ入出力端子２６、第１制御クロック入力端子２８、第２制御クロック入力端子３０を有している。
【００３８】
第１制御クロック入力端子２８に第１の制御クロック６０を入力すると、データ入出力端子２６に入力されるシリアル化された温度特性情報７６を、第１の制御クロック６０をトリガとして（第１の制御クロック６０に同期して）記憶回路２０に記憶する（書き込む）ことができる。第２制御クロック入力端子３０に第２の制御クロック６２を入力すると、記憶回路２０に記憶された温度特性情報７６を、データ入出力端子２６を介して第２の制御クロック６２をトリガとしてシリアル化して出力することができる。
【００３９】
記憶回路２０は、ＥＥＰＲＯＭ等で形成され、シリアルインターフェース回路２２を介して温度特性情報７６が記憶され（書き込まれ）、または温度特性情報７６を出力することができる。温度特性情報７６は、有限個のデータにより構成されているが、それぞれ測定器５０中のＰＣ５４、及び温度補償回路４０中のＣＰＵ４４が共通に認識できるアドレスが設けられている。
【００４０】
温度特性情報７６としては、後述の温度係数と温度係数の一部であるオフセット係数との組み合わせ、または圧電振動子１２の使用温度範囲から任意に選択した複数の温度の情報と、前記複数の温度中の各温度に対応した周波数の情報、若しくは基準周波数からの周波数偏差の情報との組み合わせを用いることができる。このうち、複数の温度の情報と、前記複数の温度中の各温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報との組み合わせは、発振周波数の絶対値を用いた場合より桁数を小さくすることができるので、温度特性情報７６の容量が最も小さくなる。また温度特性情報７６として温度係数を記憶する場合は、温度の情報そのものを記憶する必要はないので温度特性情報７６の容量を小さくすることができる。なお、温度特性情報７６として、上述の複数の温度の情報と、各温度に対応した周波数の情報との組み合わせとした場合には、基準温度と基準温度における周波数の情報を取得するとともに、その組み合わせについて、ＰＣ５４及びＣＰＵ４４が他の情報と識別できるアドレスを付す必要がある。
【００４１】
図２に圧電発振器１０と測定器５０との接続図を示す。測定器５０は、発振回路１４に搭載された圧電振動子１２の発振周波数の温度特性から温度特性情報７６より情報数の多い離散温度特性情報７４を生成し、離散温度特性情報７４から第１の近似式７０より高次の第２の近似式７２を算出し、第２の近似式７２において第１の近似式７０が算出可能となる特徴点を抽出し、温度補償回路４０で用いられる温度特性情報７６を生成して記憶回路２０に書き込むものである。測定器５０は、周波数カウンター５２、ＰＣ（パーソナルコンピューター）５４、電圧マルチメーター５６により構成される。周波数カウンター５２は、発振回路１４に接続され、所定時間間隔ごとに発振回路１４から出力される発振信号５８の周波数を測定してＰＣ５４に出力することができる。電圧マルチメーター５６は、温度センサー１６からの検出電圧６６をデジタルデータに変換してＰＣ５４に出力することができる。
【００４２】
ＰＣ５４は、パーソナルコンピューターなどの演算機器であり、データ入出力端子２６、第１制御クロック入力端子３０、周波数カウンター５２、電圧マルチメーター５６に接続されている。ＰＣ５４は、キー操作等により周波数カウンター５２や電圧マルチメーター５６を起動可能であるものとする。またＰＣ５４は、インストールされたプログラムに従って所定の温度ごとに周波数を周波数カウンター５２から入力し、検出電圧６６（温度の情報）と周波数の情報をＰＣ内の記憶領域（不図示）に記憶する。
【００４３】
厚みすべり振動を用いた圧電振動子の共振周波数について、基準温度Ｔ０における基準周波数をｆとすると、任意の温度Ｔにおける周波数偏差情報の第１の近似式７０（Δｆ１／ｆ）は以下のべき級数で表すことができる。
【数１】
【００４４】
同様に周波数偏差情報の第２の近似式７２（Δｆ２／ｆ）は以下のように表すことができる。
【数２】
【００４５】
ここで、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２、Ｅ１、Ｅ２、Ｆ２は各近似式を決定する温度係数、Ａ１、Ａ２は各近似式のオフセット量を決定するオフセット係数（０次の温度係数）である。そして温度補償回路４０においては、数式１に示されるように、温度変化に対して連続的に変化する周波数偏差情報の第１の近似式７０の温度係数を算出する必要がある。
【００４６】
ところで、数式１においては変数が５つあるため、例えば、温度特性情報７６として、測定された温度（検出電圧６６）と、温度に対応した周波数偏差の組み合わせが５つあれば、温度補償回路４０において、これらをそれぞれ数式１に代入して、連立５元１次方程式を解いて数式１における変数を全て算出することができる。なお、前記組み合わせが５つ以外の場合でも、最小二乗法を用いることにより、数式１における変数を算出して近似式を求めることができる。勿論前記組み合わせが５つの場合も同様に最小二乗法を用いて求めることができる。温度特性情報７６は第１の近似式７０を高精度に算出するため、第１の近似式７０の特徴点における温度の情報と、特徴点における温度に対応する発振周波数の情報の組み合わせであることが望ましい。
【００４７】
ここで特徴点とは、第１の近似式７０を高精度に算出するのにふさわしい第２の近似式７２上の位置である。本実施形態で適用する厚みすべり振動子の場合、発振周波数の温度特性のグラフは全体的に３次関数的な形状を有しており、例えば、低温側の単調増加する位置、低温側の極値、変曲点、高温側の極値、高温側の単調増加する位置が特徴点（全部で５点）として挙げられる。しかし、圧電振動子の周波数特性のバラつきにより特徴点を確認しながら温度等を測定することは困難である。
【００４８】
そこで圧電発振器１０を温度調整が可能なチャンバー（不図示）内に配置し、圧電振動子１２の周囲温度を、設定最低温度（−３０℃）から基準温度（＋２５℃）を挟んで設定最高温度（＋８５℃）に至るまで変化させ、ＰＣ５４は、プログラムにより所定の温度ごとに圧電振動子１２の発振周波数を測定する。その測定数は温度特性情報７６の情報数（本実施形態では５つ）より多くとるものとする。この測定結果から圧電振動子１２の周囲温度と発振周波数との関係を離散的に示すとともに温度特性情報７６より情報数の多い離散温度特性情報７４を生成する。そして離散温度特性情報７４から温度変化に対して連続的に変化する周波数偏差情報の第２の近似式７２を算出する。
【００４９】
次にＰＣ５４において、算出された第２の近似式７２から特徴点を算出する。例えば上述の低温側の極値や高温側の極値は第２の近似式７２を温度で１回微分し、その１回微分の値がゼロとなる温度を抽出する。また上述の変曲点の場合は第２の近似式７２を温度で２回微分し、その２回微分の値がゼロとなる温度を抽出する。なお低温側及び高温側の単調増加する位置は、それぞれ設定最低温度（−３０℃）、設定最高温度（＋８５℃）とすることができる。また低温側の極値に係る温度と、その温度に対応する第２の近似式７２上の値を求める代わりに、０℃（低温側の極値に近い温度）における第２の近似式７２上の値を用いてもよい。
【００５０】
そしてこれら抽出された温度に対応する第２の近似式７２の値を抽出する。そして、抽出された温度の情報と、その温度の情報に対応する第２の近似式７２上の値との組み合わせに後述の温度補償回路４０中のＣＰＵ４４が認識できるアドレスを付して温度特性情報７６を生成する。
【００５１】
上述のようにＰＣ５４において温度特性情報７６を構築したのち、ＰＣ５４は、第１制御クロック入力端子２８に第１の制御クロック６０を出力し、第１の制御クロック６０に同期させてシリアルデータ化させた温度特性情報７６をデータ入出力端子２６に出力し、シリアルインターフェース回路２２を介して記憶回路２０に温度特性情報７６を記憶する。
【００５２】
前述のように温度補償回路４０は温度センサー１６からの検出電圧６６に関連付けられた情報として第１の近似式７０を生成しているが、温度を変数とする第１の近似式７０を算出する温度補償回路４０に温度特性情報７６を出力する場合には検出電圧６６を温度の情報に変換する必要がある。上述のように温度センサー１６から出力される検出電圧６６は温度変化に対して一次関数的に変化するものである。ここで基準温度（２５℃）における検出電圧６６の値をＶ２５とすると、温度センサー１６から出力された電圧Ｖｒｅａｄとそのときの温度Ｔは以下のように表すことができる。
【数３】
【００５３】
ここでＡは１Ｖ当たりの温度変化量の係数であり、Ａは以下のように求めることができる。
【数４】
【００５４】
ここでＶ８５は設定最高温度における検出電圧６６の値、Ｖ（−２５）は設定最低温度における検出電圧６６の値である。よってＰＣ５４は設定最低温度（−３０℃）、基準温度（２５℃）、設定最高温度（８５℃）における検出電圧６６のそれぞれの値（Ｖ（−３０）、Ｖ２５、Ｖ８５）を測定して係数Ａを求め、数式３、数式４にもとづいて検出電圧６６に対応する温度の情報を算出し、この温度の情報と、この温度に対応する第２の近似式７２上の値の情報との組み合わせに後述の温度補償回路４０中のＣＰＵ４４が認識できるアドレスを付して温度特性情報７６を生成する。
【００５５】
図１に示すように、温度補償回路４０は、圧電発振器１０とは分離した外部システムの一部である。温度補償回路４０は、ＰＣ５４から記憶回路２０に入力された温度特性情報７６を用いて第１の近似式７０を算出し、第１の近似式７０と温度センサー１６から常時入力される検出電圧６６（現在温度）に基づいて温度補償量８０を算出するものであり、周波数補正回路４２、ＣＰＵ４４、メモリ４６等から構成される。周波数補正回路４２は、ＣＰＵ４４から出力される温度補償量８０に対応して容量を可変させる回路であって、発振回路１４に接続されて発振信号５８が入力され、ＣＰＵ４４の制御のもと温度補償を行った発振信号６８を出力するものである。
【００５６】
ＣＰＵ４４は、温度補償回路４０の中核をなすものであって、記憶回路２０から入力した温度特性情報７６から第１の近似式７０を算出し、第１の近似式７０と温度センサー１６から入力される検出電圧６６（温度の情報）に基づいて温度補償量８０を算出して周波数補正回路４２に出力するものである。
【００５７】
ＣＰＵ４４は、データ入出力端子２６、第２制御クロック入力端子３０に接続され、さらに温度センサー１６にＡ／Ｄ変換器４８を介して接続されている。ＣＰＵ４４は、起動時に、プログラムにより第２制御クロック入力端子３０に第２の制御クロック６２を入力し、第２の制御クロック６２に同期して記憶回路２０内の温度特性情報７６をシリアルインターフェース回路２２を介して出力させ、ＣＰＵ４４に付属するメモリ４６に記憶する。
【００５８】
記憶回路２０に記憶された温度特性情報７６が圧電振動子１２の使用温度範囲の複数の温度の情報と、前記複数の温度中の各温度に対応した周波数偏差の情報との組み合わせである場合、ＣＰＵ４４は、温度特性情報７６と数式１を用いて、数式１における温度係数と、オフセット係数（０次の温度係数）を上述の方法により算出し、付属のメモリ４６に記憶可能な構成を有するものを用いる。また温度特性情報７６が上述の複数の温度の情報と各温度に対応した周波数（絶対値）の情報である場合は、ＣＰＵ４４は温度特性情報７６中の基準温度の情報と基準温度で測定した周波数の情報のアドレスを識別可能とし、温度特性情報７６と数式１を用いて、数式１における温度係数と、オフセット係数を上述の方法により算出し、付属のメモリ４６に記憶可能な構成を有するものを用いる。また記憶回路２０に記憶された温度特性情報７６が温度係数とオフセット係数であれば、ＣＰＵ４４は、そのまま付属のメモリ４６に記憶する構成を有するものを用いる。
【００５９】
またＣＰＵ４４は、プログラム等により所定時間ごとに温度センサー１６からの検出電圧６６（温度の情報）をＡ／Ｄ変換器４８を介してデジタルデータ化して入力し、付属のメモリ４６に記憶する。そしてメモリ４６から温度係数とオフセット係数を読み出して第１の近似式７０を算出し、さらにメモリ４６から温度センサー１６から入力した検出電圧６６を読み出して、第１の近似式７０と検出電圧６６から温度補償量８０を算出し、温度補償量８０を周波数補正回路４２に出力する。よってＣＰＵ４４は所定時間ごとに温度補償量８０を算出して周波数補正回路４２に出力する。これにより周波数補正回路４２からは所定時間ごとに温度補償が行われた発振信号６８が出力される。
【００６０】
次に、本実施形態に係る圧電発振器１０の作用効果について述べる。
図３は測定により得られた７点の温度点を有する離散温度特性情報７４と、７点の温度点を有する離散温度特性情報７４に対応して算出された第２の近似式７２を示す。図４は第２の近似式７２の特徴点から抽出して生成された温度特性情報７６と、温度特性情報７６に対応して算出された第１の近似式７０を示す。図５は離散温度特性情報７４に係る温度における第１の近似式７０上の値と第２の近似式７２上の値と、の離散温度特性情報７４を基準とした近似誤差を示す。
【００６１】
図３に示すように、本実施形態では基準温度（２５℃）における圧電振動子１２の発振周波数を基準とした周波数偏差を７点の温度点において測定したものを離散温度特性情報７４としている。そしてこの離散温度特性情報７４に対応する第２の近似式７２を算出した。そして図３において−３０℃（設定最低温度）、０℃、２５℃（基準温度）、６０℃（高温側の極値）、８５℃（設定最高温度）における第２の近似式７２上の値をそれぞれ特徴点として抽出してこれらのプロットを温度特性情報７６とした。そして図４に示すように温度特性情報７６に対応して第１の近似式７０を算出した。さらに図３において離散温度特性情報７４に係る温度に対応する第２の近似式７２上の値を抽出して離散温度特性情報７４との差分（近似誤差）をプロット８２として算出し、図４において離散温度特性情報７４に係る温度に対応する第１の近似式７０上の値を抽出して離散温度特性情報７４との差分（近似誤差）をプロット８４として算出し、これらの結果を図５に示すグラフとした。
【００６２】
図５は第１の近似式と第２の近似式のそれぞれの近似誤差を示したものである。図５において、プロット８２は７点の温度点を有する離散温度特性情報７４から第２の近似式７２を介して生成されたものであり、プロット８４は５点の温度点を有する温度特性情報７６から第１の近似式７０を介して生成されたものである。しかし、プロット８２が示す近似誤差に対してプロット８４が示す近似誤差は遜色がないことがわかる。よって温度補償回路における温度補償に用いられる温度特性情報７６の情報数を増やすことなく温度補償の精度を高めることができることがわかる。
【００６３】
図６に記憶回路に記憶する温度特性情報の容量を比較する表を示す。図６に示すように、温度特性情報７６として周波数の絶対値を記憶する場合は１１桁必要とするが、周波数偏差を記憶する場合は５桁で済むので周波数に関する容量を約４５パーセント削減することができる。また仮に温度特性情報７６を周波数の絶対値を用いて構成した場合の容量を１００とすると、温度特性情報７６を周波数の絶対値を用いて構成したときは容量を５０％削減でき、温度特性情報７６を周波数偏差を用いて構成したときは容量を７３％削減することができる。なお、温度特性情報７６として記憶するアドレスにおいて必要な桁数は、測定温度の個数が５個である場合は、３桁（最大８個のアドレス）で充分であり、温度（検出電圧６６）はその分解能に従って必要な桁数が決定される。さらに温度特性情報７６が温度係数である場合、温度係数については有効数字に従って必要な桁数が決定されるが、温度の情報は不要であるので、その分の容量を削減することができる。
【００６４】
なお、本実施形態において、圧電振動子１２は厚みすべり振動子を前提として述べてきたが、これに限定されず、双音叉型圧電振動子、シングルビーム型圧電振動子、ＳＡＷ共振子等にも適用できる。また本実施形態において、圧電発振器１０はＴＳＸＯを前提として述べてきたが、温度補償回路４０を組み込むことにより温度補償型発振器（ＴＣＸＯ）を形成できることは言うまでもない。
【００６５】
以上述べたように、本実施形態に係る圧電発振器１０、及びその製造方法によれば、第１には、温度特性情報７６は離散温度特性情報７４より情報数が少ないものとなるが、温度補償回路４０はこれを用いて第１の近似式７０を生成して温度補償量８０を算出することになる。しかし第１の近似式７０は第２の近似式７２から第１の近似式７０を生成しやすい特徴点を抽出したものから生成されるため、圧電振動子１２の発振周波数の温度依存性にバラつきがあっても第１の近似式７０を高精度に生成することができる。また第１の近似式７０は第２の近似式７２の情報をある程度拾った形となっている。よって第１の近似式７０の精度は第２の近似式７２の精度と遜色の無いものとなっている。したがって離散温度特性情報７４より少ない情報数の温度特性情報７６によっても高精度な温度補償を行うことができるので圧電発振器１０側の温度特性情報７６に係る容量負担（記憶回路２０への負担）を軽減して小型化を実現しつつ、高精度な温度補償を温度補償回路４０に行わせることができる。さらに温度特性情報７６の数を一定の数に制限できるので温度補償回路４０における温度変化に対する応答性の低下を防止し、ＧＰＳ装置など高速な応答が要求されるシステムの温度補償に対応することができる。
【００６６】
第２には、温度特性情報７６は、特徴点における温度と、温度に対応した発振周波数、若しくは基準周波数からの周波数偏差により生成したことにより、圧電発振器１０側で温度係数の演算が不要となるため圧電発振器１０形成時の作業負担を抑制してコストを抑制することができる。この場合、ユーザー側で温度特性情報７６に対応する第１の近似式７０から温度係数を算出することになるが、ユーザー側で独自に正確な温度係数を演算することができる。
【００６７】
第３には、温度特性情報７６は、特徴点における温度と、温度に対応した発振周波数、若しくは基準周波数からの周波数偏差に第１の近似式７０を整合させて抽出される温度係数により生成したことにより、温度補償回路４０においては温度係数を算出するための演算が不要となるため、ユーザー側の負担を軽減して圧電発振器１０を搭載したシステムの構築を容易に行うことができる。
【００６８】
第４には、周囲温度に対応した検出電圧６６を出力する温度センサー１６を圧電振動子１２に隣接して配設し、第１の近似式７０、第２の近似式７２は、検出電圧６６に関連付けられた情報として算出し、温度特性情報７６は、第２の近似式７２から抽出し、温度特性情報７６に基づいて第１の近似式７０を算出し、第１の近似式７０と温度センサー１６から入力される温度の情報（検出電圧６６）を用いて温度補償量８０を算出可能な温度補償回路４０に発振信号５８を出力することにより、温度センサー１６は圧電振動子１２の温度に対応した情報を測定誤差を抑制して測定することができるので、離散温度特性情報７４を高精度に算出して、第２の近似式７２を高精度に算出し、これにより第１の近似式７０、温度特性情報７６を高精度に算出することができる。さらに圧電振動子１２の温度に対応した情報をリアルタイムでかつ高精度に測定できるので、温度補償回路４０における補正誤差を抑制して、温度補償を高精度に行なわせることができる。
【００６９】
また本実施形態に係る温度補償型発振器及びその製造方法によれば、上述の圧電発振器に温度補償回路を組み込んで形成したことにより、温度補償型発振回路において、離散温度特性情報７４より少ない情報数の温度特性情報７６によっても高精度な温度補償を行うことができるので圧電発振器１０側の温度特性情報７６に係る容量負担を軽減しつつ高精度な温度補償を温度補償回路４０に行わせ、高精度に温度補償が行われた発振信号６８を出力することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０………圧電発振器、１２………圧電振動子、１４………発振回路、１６………温度センサー、１８………バッファー、２０………記憶回路、２２………シリアルインターフェース回路、２４………発振周波数出力端子、２６………データ入出力端子、２８………第１制御クロック入力端子、３０………第２制御クロック入力端子、３４………温度センサー電圧出力端子、３６………電源端子、３８………グランド端子、４０………温度補償回路、４２………周波数補正回路、４４………ＣＰＵ、４６………メモリ、４８………Ａ／Ｄ変換器、５０………測定器、５２………周波数カウンター、５４………ＰＣ、５６………電圧マルチメーター、５８………発振信号、６０………第１の制御クロック、６２………第２の制御クロック、６６………検出電圧、６８………発振信号、７０………第１の近似式、７２………第２の近似式、７４………離散温度特性情報、７６………温度特性情報、７８………温度係数、８０………温度補償量、８２………プロット、８４………プロット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からの測位信号に基づいて位置計測を行う圧電発振器の温度補償に係り、特に温度補償機能を外部に委ねる圧電発振器であるＴＳＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ｘｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）に搭載され、外部の温度補償回路に供される圧電発振器の温度補償に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ機能を備えた携帯電話機等の受信装置、及びＧＰＳ受信機能を備えた携帯電話器等は、複数のＧＰＳ衛星から送信される測位信号を復調・解析して現在位置を測定するものである。これらの受信装置に使用される基準発振器としては、温度による周波数変化の小さい温度補償型圧電発振器ＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｘｔａｌ Ｏｓｃｉｌａｌａｔｏｒ）が、広く使用されている。その理由は、受信装置に内蔵された発振器の周波数精度が高いほど、ＧＰＳ衛星から送信される測位信号を捕捉するためのサーチ範囲を狭めることができ、結果的にサーチ時間を短縮して、すなわちＧＰＳ衛星の測位信号を捕捉する時間を短縮して、短時間で測位を行うことができる。
【０００３】
一方、上述の受信装置等は装置の電源投入時等の立ち上げ時において、装置全体で温度が短時間に上昇したり、携帯電話等においては屋外から屋内、屋内から屋外に移動したときに温度が急激に変動するため、発振器内での温度が安定するまで温度補償が不安定になる問題があった。この問題を解決するため、ユーザー側で温度変化に対して高速で応答できる温度補償回路を独自に構築し、発振器側から発振器に搭載された圧電振動子特有の３次曲線的な周波数温度特性を示す温度特性情報を取得して、これにより温度補償を適切に行なう要請がなされている。よって、これに対応するため、発振回路側として温度補償回路を不要とするＴＳＸＯが適用され、ＴＳＸＯは、搭載された圧電振動子の現在温度をユーザー側に出力する温度センサーと、搭載された圧電振動子の温度特性情報（ある環境温度における圧電振動子の所定温度を示す温度センサー電圧と温度係数）を記憶し、ユーザー側に温度特性情報を出力する記憶回路を搭載している（特許文献１参照）。
【０００４】
厚みすべり振動を利用した水晶振動子を使用する場合、発振器から出力される発振信号は、正の３次曲線を描く温度特性を有するが、上述のＴＳＸＯを搭載しユーザー側でＴＳＸＯに接続した温度補償回路を有するＧＰＳシステム等においては、温度センサーから得た温度の情報と、記憶回路から得た温度特性情報をもとに、どの温度においても周波数が一定となるように温度補償回路において温度補償量を算出して周波数補正を掛けている。
【０００５】
ここで、記憶回路に記憶している温度特性情報は製造検査工程時に取得したものであるため、製造時のスループットの観点から、温度上昇時、または温度下降時のいずれか一方の温度変化した際の温度特性情報を取得し、記憶回路に記憶するのが一般的である。一方、温度補償回路側ではこの温度特性情報に基づいて水晶振動子の基準温度における発振周波数を基準とし温度変化に対して連続的に変化する周波数偏差の近似式を算出し、この近似式と温度センサーから得た温度の情報から温度補償量を算出している。
【０００６】
ところで、上述のＧＰＳ機能を搭載した携帯電話端末などの高精度の電子機器の分野においては、周波数偏差（Δｆ／ｆ０）の許容範囲が非常に狭く、例えば、−３０℃〜８５℃の温度範囲では周波数偏差（Δｆ／ｆ０）は０．５ｐｐｍ以内であることが要求される。この条件を満たさないとサーチ時間が長くなり、結果的に測位誤差が生じたり、ＧＰＳ衛星との同調が不調となる虞がある、といった問題があった。このため温度特性情報の情報数を多くすることにより近似式を高精度に算出して温度補償を行うことが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３２４３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、温度特性情報の情報数を増やすと、温度補償回路における温度補償量の算出時間がかかるため、温度補償回路における温度補償の応答速度が低下し、ＧＰＳ装置など高速な応答が要求されるシステムにおいては上述の問題を回避することができないといった問題があった。また近似式の算出においては、元の温度特性情報は近似式を算出しやすい特徴点において測定された温度と、温度に対応する周波数偏差を用いることが望ましいが、水晶発振器中の水晶振動子の発振周波数の温度特性にはバラつきがあるため、個々の水晶振動子の温度特性の特徴点を特定した上で温度特性情報を生成するのは煩雑となる、といった問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、上記問題点に着目し、温度補償回路に出力する温度特性情報の情報数を増やすことなく、圧電振動子の発振周波数の温度特性のバラつきに関わらず周波数偏差情報の近似式を高精度に算出させ温度補償を高精度に行うことが可能な圧電発振器の製造方法、圧電発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］圧電振動子の発振周波数の温度特性を近似するための温度特性情報に基づいて第１の近似式を算出し、前記第１の近似式と前記圧電振動子の温度に対応する情報を用いて温度補償量を算出可能な温度補償回路に、発振信号と前記温度特性情報を出力する圧電発振器の製造方法であって、前記圧電振動子の温度と前記発振周波数との関係を離散的に示す離散温度特性情報を生成し、前記離散温度特性情報に基づいて前記第１の近似式より高次である第２の近似式を算出し、前記第２の近似式から前記第１の近似式が生成可能となる特徴点を抽出することにより前記温度特性情報を生成することを特徴とする圧電発振器の製造方法。
【００１１】
上記方法により、温度特性情報は離散温度特性情報より情報数が少ないものとなるが、温度補償回路はこれを用いて第１の近似式を生成して温度補償量を算出することになる。しかし第１の近似式は第２の近似式から第１の近似式を生成しやすい特徴点を抽出したものから生成されるため、圧電振動子の発振周波数の温度特性にバラつきがあっても第１の近似式を高精度に生成することができる。また第１の近似式は、第２の近似式の情報をある程度拾った形となっているため、第１の近似式の精度は第２の近似式の精度と遜色の無いものとなっている。したがって離散温度特性情報より少ない情報数の温度特性情報によっても高精度な温度補償を行うことができるので圧電発振器側の温度特性情報に係る容量負担を軽減して小型化を実現しつつ、高精度な温度補償を温度補償回路に行わせることができる。さらに温度特性情報の数を一定の数に制限できるので温度補償回路における温度変化に対応する応答性の低下を防止し、ＧＰＳ装置など高速な応答が要求されるシステムの温度補償に対応することができる。
【００１２】
［適用例２］前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、により生成したことを特徴とする適用例１に記載の圧電発振器の製造方法。
【００１３】
上記方法により、圧電発振器側で温度係数の演算が不要となるため圧電発振器形成時の作業負担を抑制してコストを抑制することができる。この場合、ユーザー側で温度特性情報に対応する第１の近似式から温度係数を算出することになるが、ユーザー側で独自に正確な温度係数を演算することができる。
【００１４】
［適用例３］前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、に前記第１の近似式を整合させて抽出される温度係数により生成したことを特徴とする適用例１に記載の圧電発振器の製造方法。
【００１５】
上記方法により、温度補償回路においては温度係数を算出するための演算が不要となるため、ユーザー側の負担を軽減して圧電発振器を搭載したシステムの構築を容易に行うことができる。
【００１６】
［適用例４］前記圧電振動子の温度に対応した検出電圧を出力する温度検出手段を前記圧電振動子に隣接して配設し、前記第１、第２の近似式は、前記検出電圧に関連付けられた情報として算出し、前記温度特性情報は、前記第２の近似式から抽出し、前記温度特性情報に基づいて前記第１の近似式を算出し、前記第２の近似式と前記温度検出手段から入力される検出電圧を用いて温度補償量を算出可能な温度補償回路に前記発振信号を出力することを特徴とする適用例１乃至３のいずれか１例に記載の圧電発振器の製造方法。
【００１７】
上記方法により、温度検出手段は圧電振動子の周囲温度を測定誤差を抑制して測定することができるので、離散温度特性情報を高精度に算出して、第２の近似式を高精度に算出し、これにより第１の近似式、温度特性情報を高精度に算出することができる。さらに圧電振動子の現在温度をリアルタイムでかつ高精度に測定できるので、温度補償回路における補正誤差を抑制して、温度補償を高精度に行なわせることができる。
【００１８】
［適用例５］適用例１乃至４のいずれか１例に記載の圧電発振器の製造方法により形成された圧電発振器に前記温度補償回路を組み込んだことを特徴とする圧電発振器の製造方法。
【００１９】
上記方法により、温度補償型発振回路において、離散温度特性情報より少ない情報数の温度特性情報によっても高精度な温度補償を行うことができるので圧電発振器側の温度特性情報に係る容量負担を軽減しつつ高精度な温度補償を温度補償回路に行わせ、高精度に温度補償が行われた発振信号を出力することができる。
【００２０】
［適用例６］圧電振動子と、前記圧電振動子を発振させるとともに、前記圧電振動子の発振周波数の温度特性を近似するための温度特性情報に基づいて第１の近似式を算出し、前記第１の近似式と前記圧電振動子の温度に対応する情報を用いて温度補償量を算出する温度補償回路に、発振信号を出力する発振回路と、前記温度特性情報を記憶する記憶回路と、を有し、前記温度特性情報は、前記圧電振動子の温度と前記発振周波数との関係を離散的に示した離散温度特性情報を生成し、前記離散温度特性情報に基づいて前記第１の近似式より高次である第２の近似式を算出し、前記第２の近似式から前記第１の近似式が生成可能となる特徴点を抽出して生成し前記記憶回路に記憶したものであることを特徴とする圧電発振器。
【００２１】
上記構成により、温度特性情報は離散温度特性情報より情報数が少ないものとなるが、温度補償回路はこれを用いて第１の近似式を生成して温度補償量を算出することになる。しかし第１の近似式は第２の近似式から第１の近似式を生成しやすい特徴点を抽出したものから生成されるため、圧電振動子の発振周波数の温度特性にバラつきがあっても第１の近似式を高精度に生成することができる。また第１の近似式は、第２の近似式の情報をある程度拾った形となっているため、第１の近似式の精度は第２の近似式の精度と遜色の無いものとなっている。したがって離散温度特性情報より少ない情報数の温度特性情報によっても高精度な温度補償を行うことができるので圧電発振器側の温度特性情報に係る容量負担を軽減して小型化を実現しつつ、高精度な温度補償を温度補償回路に行わせることが可能な圧電発振器となる。さらに温度特性情報の数を一定の数に制限できるので温度補償回路における温度変化に対する応答性の低下を防止し、ＧＰＳ装置など高速な応答が要求されるシステムの温度補償に対応することができる。
【００２２】
［適用例７］前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、からなることを特徴とする適用例６に記載の圧電発振器。
【００２３】
上記構成により、圧電発振器側で温度係数の演算が不要となるため圧電発振器形成時の作業負担を抑制してコストを抑制することが可能な圧電発振器となる。この場合、ユーザー側で温度特性情報に対応する第１の近似式から温度係数を算出することになるが、ユーザー側で独自に正確な温度係数を演算することができる。
【００２４】
［適用例８］前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、に前記第１の近似式を整合させて抽出された温度係数であることを特徴とする適用例６に記載の圧電発振器。
【００２５】
上記構成により、温度補償回路においては温度係数を算出するための演算が不要となるため、ユーザー側の負担を軽減して圧電発振器を搭載したシステムの構築を容易に行うことができる。
【００２６】
［適用例９］前記圧電振動子の温度に対応した検出電圧を出力する温度検出手段が前記圧電振動子に隣接して設けられるとともに、前記第１、第２の近似式は、前記検出電圧に関連付けられた情報として算出し、前記温度特性情報は、前記第２の近似式から抽出し、前記発振回路は、前記温度特性情報に基づいて前記第１の近似式を算出し、前記第２の近似式と前記温度検出手段から入力される前記検出電圧を用いて温度補償量を算出可能な温度補償回路に前記発振信号を出力することを特徴とする適用例６乃至８のいずれか１例に記載の圧電発振器。
【００２７】
上記構成により、温度検出手段は圧電振動子の周囲温度を測定誤差を抑制して測定することができるので、離散温度特性情報を高精度に算出して、第２の近似式を高精度に算出し、これにより第１の近似式、温度特性情報を高精度に算出することができる。さらに圧電振動子の現在温度をリアルタイムでかつ高精度に測定できるので、温度補償回路における補正誤差を抑制して、温度補償を高精度に行なわせることが可能な圧電発振器となる。
【００２８】
［適用例１０］適用例６乃至９のいずれか１例に記載の圧電発振器に前記温度補償回路を組み込んで形成したことを特徴とする圧電発振器。
上記構成により、離散温度特性情報より少ない情報数の温度特性情報によっても高精度な温度補償を行うことができるので圧電発振器側の温度特性情報に係る容量負担を軽減しつつ高精度な温度補償を温度補償回路に行わせ、高精度に温度補償が行われた発振信号を出力することが可能な温度補償型発振回路となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】温度補償回路に接続された本実施形態の圧電発振器の模式図である。
【図２】本実施形態の圧電発振器と測定器との接続図である。
【図３】離散温度特性情報と、離散温度特性情報に対応して算出された第２の近似式を示す図である。
【図４】第２の近似式の特徴点から抽出して生成された温度特性情報と、温度特性情報に対応して算出された第１の近似式を示す図である。
【図５】離散温度特性情報に係る温度における第１の近似式上の値と第２の近似式上の値と、の離散温度特性情報を基準とした近似誤差を示す図である。
【図６】記憶回路に記憶する温度特性情報の容量を比較する表である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００３１】
図１に温度補償回路に接続された本実施形態に係る圧電発振器を示す。本実施形態に係る圧電発振器１０は、圧電振動子１２と、前記圧電振動子１２を発振させるとともに、前記圧電振動子１２の発振周波数の温度特性を近似するための温度特性情報７６に基づいて第１の近似式７０を算出し、前記第１の近似式７０と前記圧電振動子１２の温度に対応する情報（検出電圧６６）を用いて温度補償量８０を算出する温度補償回路４０に、発振信号５８を出力する発振回路１４と、前記温度特性情報７６を記憶する記憶回路２０と、を有し、前記温度特性情報７６は、前記圧電振動子１２の温度と前記発振周波数との関係を離散的に示した離散温度特性情報７４（図３参照）を生成し、前記離散温度特性情報７４に基づいて前記第１の近似式７０より高次である第２の近似式７２を算出し、前記第２の近似式７２から前記第１の近似式７０が生成可能となる特徴点を抽出して生成し前記記憶回路２０に記憶したものである。
【００３２】
したがって上記構成を用いた圧電発振器１０の製造方法は、圧電振動子１２の発振周波数の温度特性を近似するための温度特性情報７６に基づいて第１の近似式７０を算出し、前記第１の近似式７０と前記圧電振動子１２の温度に対応する情報（検出電圧６６）を用いて温度補償量８０を算出可能な温度補償回路４０に、発振信号５８と前記温度特性情報７６を出力する圧電発振器１０の製造方法であって、前記圧電振動子１２の温度と前記発振周波数との関係を離散的に示す離散温度特性情報７４（図３参照）を生成し、前記離散温度特性情報７４に基づいて前記第１の近似式７０より高次である第２の近似式７２を算出し、前記第２の近似式７２から前記第１の近似式７０が生成可能となる特徴点を抽出することにより前記温度特性情報７６を生成するものである。
【００３３】
本実施形態の圧電発振器１０は、温度補償回路４０を内蔵しないＴＳＸＯである。半導体基板（不図示）上にパターニングにより、発振回路１４、温度センサー１６、バッファー１８、記憶回路２０、シリアルインターフェース回路２２、電源端子３６、グランド端子３８等の各端子が形成され、発振回路１４と圧電振動子１２が接続された構造を有している。さらに図１に示すように、圧電発振器１０の接続対象となる温度補償回路４０は、周波数補正回路４２、ＣＰＵ４４、メモリ４６、Ａ／Ｄ変換器４８を有する。また温度特性情報７６を算出する際には図２に示すように、圧電発振器１０は測定器５０に接続され、測定器５０は、周波数カウンター５２、ＰＣ５４、電圧マルチメーター５６を有する。
【００３４】
圧電振動子１２は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料からなり、水晶であればＡＴカットすることにより形成され、発振回路１４から交流電圧を受けて、厚みすべり振動により所定の共振周波数で発振することができる。このＡＴカットによる厚みすべり振動を用いた水晶振動子の共振周波数は、基準温度（２５℃）を中心として正の３次曲線となる温度特性を有している。
【００３５】
発振回路１４は、圧電振動子１２を発振源とする例えばコルピッツ型の発振回路であり、発振周波数出力端子２４を介して温度補償回路４０、または測定器５０に発振信号５８を出力する。
【００３６】
温度センサー１６は、ダイオード構造を有しており、順方向電流を流し、温度によって変化する検出電圧６６をバッファー１８を介して温度センサー電圧出力端子３４から温度補償回路４０または測定器５０に出力するものである。ここで検出電圧６６は温度上昇とともに１次関数的に減少し、出力される検出電圧６６は測定される温度に対応したものとなっている。なお、温度センサー１６は圧電振動子１２に隣接して配置することが望ましい。これにより圧電振動子１２近辺の温度を正確に測定することができ、後述の第２の近似式７２、離散温度特性情報７４において温度と周波数、若しくは周波数変位との対応を正確に行ない、第１の近似式７０及び温度特性情報７６を高精度に算出することができる。このように本実施形態において温度は、温度センサー１６からの検出電圧６６に対応しており、後述の温度補償回路４０や測定器５０もこの検出電圧６６に関連付けられた情報として第１の近似式７０、第２の近似式７２を算出している。なお温度センサー１６は電源から電力が供給される限り検出電圧６６を出力し続けるものとする。
【００３７】
シリアルインターフェース回路２２は、外部からの指令を受けて記憶回路２０に温度特性情報７６を記憶したり、温度センサー１６から出力される検出電圧６６、記憶回路２０に記憶された温度特性情報７６を外部に出力するものである。シリアルインターフェース回路２２は記憶回路２０、温度センサー１６に接続されており、データ入出力端子２６、第１制御クロック入力端子２８、第２制御クロック入力端子３０を有している。
【００３８】
第１制御クロック入力端子２８に第１の制御クロック６０を入力すると、データ入出力端子２６に入力されるシリアル化された温度特性情報７６を、第１の制御クロック６０をトリガとして（第１の制御クロック６０に同期して）記憶回路２０に記憶する（書き込む）ことができる。第２制御クロック入力端子３０に第２の制御クロック６２を入力すると、記憶回路２０に記憶された温度特性情報７６を、データ入出力端子２６を介して第２の制御クロック６２をトリガとしてシリアル化して出力することができる。
【００３９】
記憶回路２０は、ＥＥＰＲＯＭ等で形成され、シリアルインターフェース回路２２を介して温度特性情報７６が記憶され（書き込まれ）、または温度特性情報７６を出力することができる。温度特性情報７６は、有限個のデータにより構成されているが、それぞれ測定器５０中のＰＣ５４、及び温度補償回路４０中のＣＰＵ４４が共通に認識できるアドレスが設けられている。
【００４０】
温度特性情報７６としては、後述の温度係数と温度係数の一部であるオフセット係数との組み合わせ、または圧電振動子１２の使用温度範囲から任意に選択した複数の温度の情報と、前記複数の温度中の各温度に対応した周波数の情報、若しくは基準周波数からの周波数偏差の情報との組み合わせを用いることができる。このうち、複数の温度の情報と、前記複数の温度中の各温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報との組み合わせは、発振周波数の絶対値を用いた場合より桁数を小さくすることができるので、温度特性情報７６の容量が最も小さくなる。また温度特性情報７６として温度係数を記憶する場合は、温度の情報そのものを記憶する必要はないので温度特性情報７６の容量を小さくすることができる。なお、温度特性情報７６として、上述の複数の温度の情報と、各温度に対応した周波数の情報との組み合わせとした場合には、基準温度と基準温度における周波数の情報を取得するとともに、その組み合わせについて、ＰＣ５４及びＣＰＵ４４が他の情報と識別できるアドレスを付す必要がある。
【００４１】
図２に圧電発振器１０と測定器５０との接続図を示す。測定器５０は、発振回路１４に搭載された圧電振動子１２の発振周波数の温度特性から温度特性情報７６より情報数の多い離散温度特性情報７４を生成し、離散温度特性情報７４から第１の近似式７０より高次の第２の近似式７２を算出し、第２の近似式７２において第１の近似式７０が算出可能となる特徴点を抽出し、温度補償回路４０で用いられる温度特性情報７６を生成して記憶回路２０に書き込むものである。測定器５０は、周波数カウンター５２、ＰＣ（パーソナルコンピューター）５４、電圧マルチメーター５６により構成される。周波数カウンター５２は、発振回路１４に接続され、所定時間間隔ごとに発振回路１４から出力される発振信号５８の周波数を測定してＰＣ５４に出力することができる。電圧マルチメーター５６は、温度センサー１６からの検出電圧６６をデジタルデータに変換してＰＣ５４に出力することができる。
【００４２】
ＰＣ５４は、パーソナルコンピューターなどの演算機器であり、データ入出力端子２６、第１制御クロック入力端子３０、周波数カウンター５２、電圧マルチメーター５６に接続されている。ＰＣ５４は、キー操作等により周波数カウンター５２や電圧マルチメーター５６を起動可能であるものとする。またＰＣ５４は、インストールされたプログラムに従って所定の温度ごとに周波数を周波数カウンター５２から入力し、検出電圧６６（温度の情報）と周波数の情報をＰＣ内の記憶領域（不図示）に記憶する。
【００４３】
厚みすべり振動を用いた圧電振動子の共振周波数について、基準温度Ｔ０における基準周波数をｆとすると、任意の温度Ｔにおける周波数偏差情報の第１の近似式７０（Δｆ１／ｆ）は以下のべき級数で表すことができる。
【数１】
【００４４】
同様に周波数偏差情報の第２の近似式７２（Δｆ２／ｆ）は以下のように表すことができる。
【数２】
【００４５】
ここで、Ｂ１、Ｂ２、Ｃ１、Ｃ２、Ｄ１、Ｄ２、Ｅ１、Ｅ２、Ｆ２は各近似式を決定する温度係数、Ａ１、Ａ２は各近似式のオフセット量を決定するオフセット係数（０次の温度係数）である。そして温度補償回路４０においては、数式１に示されるように、温度変化に対して連続的に変化する周波数偏差情報の第１の近似式７０の温度係数を算出する必要がある。
【００４６】
ところで、数式１においては変数が５つあるため、例えば、温度特性情報７６として、測定された温度（検出電圧６６）と、温度に対応した周波数偏差の組み合わせが５つあれば、温度補償回路４０において、これらをそれぞれ数式１に代入して、連立５元１次方程式を解いて数式１における変数を全て算出することができる。なお、前記組み合わせが５つ以外の場合でも、最小二乗法を用いることにより、数式１における変数を算出して近似式を求めることができる。勿論前記組み合わせが５つの場合も同様に最小二乗法を用いて求めることができる。温度特性情報７６は第１の近似式７０を高精度に算出するため、第１の近似式７０の特徴点における温度の情報と、特徴点における温度に対応する発振周波数の情報の組み合わせであることが望ましい。
【００４７】
ここで特徴点とは、第１の近似式７０を高精度に算出するのにふさわしい第２の近似式７２上の位置である。本実施形態で適用する厚みすべり振動子の場合、発振周波数の温度特性のグラフは全体的に３次関数的な形状を有しており、例えば、低温側の単調増加する位置、低温側の極値、変曲点、高温側の極値、高温側の単調増加する位置が特徴点（全部で５点）として挙げられる。しかし、圧電振動子の周波数特性のバラつきにより特徴点を確認しながら温度等を測定することは困難である。
【００４８】
そこで圧電発振器１０を温度調整が可能なチャンバー（不図示）内に配置し、圧電振動子１２の周囲温度を、設定最低温度（−３０℃）から基準温度（＋２５℃）を挟んで設定最高温度（＋８５℃）に至るまで変化させ、ＰＣ５４は、プログラムにより所定の温度ごとに圧電振動子１２の発振周波数を測定する。その測定数は温度特性情報７６の情報数（本実施形態では５つ）より多くとるものとする。この測定結果から圧電振動子１２の周囲温度と発振周波数との関係を離散的に示すとともに温度特性情報７６より情報数の多い離散温度特性情報７４を生成する。そして離散温度特性情報７４から温度変化に対して連続的に変化する周波数偏差情報の第２の近似式７２を算出する。
【００４９】
次にＰＣ５４において、算出された第２の近似式７２から特徴点を算出する。例えば上述の低温側の極値や高温側の極値は第２の近似式７２を温度で１回微分し、その１回微分の値がゼロとなる温度を抽出する。また上述の変曲点の場合は第２の近似式７２を温度で２回微分し、その２回微分の値がゼロとなる温度を抽出する。なお低温側及び高温側の単調増加する位置は、それぞれ設定最低温度（−３０℃）、設定最高温度（＋８５℃）とすることができる。また低温側の極値に係る温度と、その温度に対応する第２の近似式７２上の値を求める代わりに、０℃（低温側の極値に近い温度）における第２の近似式７２上の値を用いてもよい。
【００５０】
そしてこれら抽出された温度に対応する第２の近似式７２の値を抽出する。そして、抽出された温度の情報と、その温度の情報に対応する第２の近似式７２上の値との組み合わせに後述の温度補償回路４０中のＣＰＵ４４が認識できるアドレスを付して温度特性情報７６を生成する。
【００５１】
上述のようにＰＣ５４において温度特性情報７６を構築したのち、ＰＣ５４は、第１制御クロック入力端子２８に第１の制御クロック６０を出力し、第１の制御クロック６０に同期させてシリアルデータ化させた温度特性情報７６をデータ入出力端子２６に出力し、シリアルインターフェース回路２２を介して記憶回路２０に温度特性情報７６を記憶する。
【００５２】
前述のように温度補償回路４０は温度センサー１６からの検出電圧６６に関連付けられた情報として第１の近似式７０を生成しているが、温度を変数とする第１の近似式７０を算出する温度補償回路４０に温度特性情報７６を出力する場合には検出電圧６６を温度の情報に変換する必要がある。上述のように温度センサー１６から出力される検出電圧６６は温度変化に対して一次関数的に変化するものである。ここで基準温度（２５℃）における検出電圧６６の値をＶ２５とすると、温度センサー１６から出力された電圧Ｖｒｅａｄとそのときの温度Ｔは以下のように表すことができる。
【数３】
【００５３】
ここでＡは１Ｖ当たりの温度変化量の係数であり、Ａは以下のように求めることができる。
【数４】
【００５４】
ここでＶ８５は設定最高温度における検出電圧６６の値、Ｖ（−２５）は設定最低温度における検出電圧６６の値である。よってＰＣ５４は設定最低温度（−３０℃）、基準温度（２５℃）、設定最高温度（８５℃）における検出電圧６６のそれぞれの値（Ｖ（−３０）、Ｖ２５、Ｖ８５）を測定して係数Ａを求め、数式３、数式４にもとづいて検出電圧６６に対応する温度の情報を算出し、この温度の情報と、この温度に対応する第２の近似式７２上の値の情報との組み合わせに後述の温度補償回路４０中のＣＰＵ４４が認識できるアドレスを付して温度特性情報７６を生成する。
【００５５】
図１に示すように、温度補償回路４０は、圧電発振器１０とは分離した外部システムの一部である。温度補償回路４０は、ＰＣ５４から記憶回路２０に入力された温度特性情報７６を用いて第１の近似式７０を算出し、第１の近似式７０と温度センサー１６から常時入力される検出電圧６６（現在温度）に基づいて温度補償量８０を算出するものであり、周波数補正回路４２、ＣＰＵ４４、メモリ４６等から構成される。周波数補正回路４２は、ＣＰＵ４４から出力される温度補償量８０に対応して容量を可変させる回路であって、発振回路１４に接続されて発振信号５８が入力され、ＣＰＵ４４の制御のもと温度補償を行った発振信号６８を出力するものである。
【００５６】
ＣＰＵ４４は、温度補償回路４０の中核をなすものであって、記憶回路２０から入力した温度特性情報７６から第１の近似式７０を算出し、第１の近似式７０と温度センサー１６から入力される検出電圧６６（温度の情報）に基づいて温度補償量８０を算出して周波数補正回路４２に出力するものである。
【００５７】
ＣＰＵ４４は、データ入出力端子２６、第２制御クロック入力端子３０に接続され、さらに温度センサー１６にＡ／Ｄ変換器４８を介して接続されている。ＣＰＵ４４は、起動時に、プログラムにより第２制御クロック入力端子３０に第２の制御クロック６２を入力し、第２の制御クロック６２に同期して記憶回路２０内の温度特性情報７６をシリアルインターフェース回路２２を介して出力させ、ＣＰＵ４４に付属するメモリ４６に記憶する。
【００５８】
記憶回路２０に記憶された温度特性情報７６が圧電振動子１２の使用温度範囲の複数の温度の情報と、前記複数の温度中の各温度に対応した周波数偏差の情報との組み合わせである場合、ＣＰＵ４４は、温度特性情報７６と数式１を用いて、数式１における温度係数と、オフセット係数（０次の温度係数）を上述の方法により算出し、付属のメモリ４６に記憶可能な構成を有するものを用いる。また温度特性情報７６が上述の複数の温度の情報と各温度に対応した周波数（絶対値）の情報である場合は、ＣＰＵ４４は温度特性情報７６中の基準温度の情報と基準温度で測定した周波数の情報のアドレスを識別可能とし、温度特性情報７６と数式１を用いて、数式１における温度係数と、オフセット係数を上述の方法により算出し、付属のメモリ４６に記憶可能な構成を有するものを用いる。また記憶回路２０に記憶された温度特性情報７６が温度係数とオフセット係数であれば、ＣＰＵ４４は、そのまま付属のメモリ４６に記憶する構成を有するものを用いる。
【００５９】
またＣＰＵ４４は、プログラム等により所定時間ごとに温度センサー１６からの検出電圧６６（温度の情報）をＡ／Ｄ変換器４８を介してデジタルデータ化して入力し、付属のメモリ４６に記憶する。そしてメモリ４６から温度係数とオフセット係数を読み出して第１の近似式７０を算出し、さらにメモリ４６から温度センサー１６から入力した検出電圧６６を読み出して、第１の近似式７０と検出電圧６６から温度補償量８０を算出し、温度補償量８０を周波数補正回路４２に出力する。よってＣＰＵ４４は所定時間ごとに温度補償量８０を算出して周波数補正回路４２に出力する。これにより周波数補正回路４２からは所定時間ごとに温度補償が行われた発振信号６８が出力される。
【００６０】
次に、本実施形態に係る圧電発振器１０の作用効果について述べる。
図３は測定により得られた７点の温度点を有する離散温度特性情報７４と、７点の温度点を有する離散温度特性情報７４に対応して算出された第２の近似式７２を示す。図４は第２の近似式７２の特徴点から抽出して生成された温度特性情報７６と、温度特性情報７６に対応して算出された第１の近似式７０を示す。図５は離散温度特性情報７４に係る温度における第１の近似式７０上の値と第２の近似式７２上の値と、の離散温度特性情報７４を基準とした近似誤差を示す。
【００６１】
図３に示すように、本実施形態では基準温度（２５℃）における圧電振動子１２の発振周波数を基準とした周波数偏差を７点の温度点において測定したものを離散温度特性情報７４としている。そしてこの離散温度特性情報７４に対応する第２の近似式７２を算出した。そして図３において−３０℃（設定最低温度）、０℃、２５℃（基準温度）、６０℃（高温側の極値）、８５℃（設定最高温度）における第２の近似式７２上の値をそれぞれ特徴点として抽出してこれらのプロットを温度特性情報７６とした。そして図４に示すように温度特性情報７６に対応して第１の近似式７０を算出した。さらに図３において離散温度特性情報７４に係る温度に対応する第２の近似式７２上の値を抽出して離散温度特性情報７４との差分（近似誤差）をプロット８２として算出し、図４において離散温度特性情報７４に係る温度に対応する第１の近似式７０上の値を抽出して離散温度特性情報７４との差分（近似誤差）をプロット８４として算出し、これらの結果を図５に示すグラフとした。
【００６２】
図５は第１の近似式と第２の近似式のそれぞれの近似誤差を示したものである。図５において、プロット８２は７点の温度点を有する離散温度特性情報７４から第２の近似式７２を介して生成されたものであり、プロット８４は５点の温度点を有する温度特性情報７６から第１の近似式７０を介して生成されたものである。しかし、プロット８２が示す近似誤差に対してプロット８４が示す近似誤差は遜色がないことがわかる。よって温度補償回路における温度補償に用いられる温度特性情報７６の情報数を増やすことなく温度補償の精度を高めることができることがわかる。
【００６３】
図６に記憶回路に記憶する温度特性情報の容量を比較する表を示す。図６に示すように、温度特性情報７６として周波数の絶対値を記憶する場合は１１桁必要とするが、周波数偏差を記憶する場合は５桁で済むので周波数に関する容量を約４５パーセント削減することができる。また仮に温度特性情報７６を周波数の絶対値を用いて構成した場合の容量を１００とすると、温度特性情報７６を周波数の絶対値を用いて構成したときは容量を５０％削減でき、温度特性情報７６を周波数偏差を用いて構成したときは容量を７３％削減することができる。なお、温度特性情報７６として記憶するアドレスにおいて必要な桁数は、測定温度の個数が５個である場合は、３桁（最大８個のアドレス）で充分であり、温度（検出電圧６６）はその分解能に従って必要な桁数が決定される。さらに温度特性情報７６が温度係数である場合、温度係数については有効数字に従って必要な桁数が決定されるが、温度の情報は不要であるので、その分の容量を削減することができる。
【００６４】
なお、本実施形態において、圧電振動子１２は厚みすべり振動子を前提として述べてきたが、これに限定されず、双音叉型圧電振動子、シングルビーム型圧電振動子、ＳＡＷ共振子等にも適用できる。また本実施形態において、圧電発振器１０はＴＳＸＯを前提として述べてきたが、温度補償回路４０を組み込むことにより温度補償型発振器（ＴＣＸＯ）を形成できることは言うまでもない。
【００６５】
以上述べたように、本実施形態に係る圧電発振器１０、及びその製造方法によれば、第１には、温度特性情報７６は離散温度特性情報７４より情報数が少ないものとなるが、温度補償回路４０はこれを用いて第１の近似式７０を生成して温度補償量８０を算出することになる。しかし第１の近似式７０は第２の近似式７２から第１の近似式７０を生成しやすい特徴点を抽出したものから生成されるため、圧電振動子１２の発振周波数の温度依存性にバラつきがあっても第１の近似式７０を高精度に生成することができる。また第１の近似式７０は第２の近似式７２の情報をある程度拾った形となっている。よって第１の近似式７０の精度は第２の近似式７２の精度と遜色の無いものとなっている。したがって離散温度特性情報７４より少ない情報数の温度特性情報７６によっても高精度な温度補償を行うことができるので圧電発振器１０側の温度特性情報７６に係る容量負担（記憶回路２０への負担）を軽減して小型化を実現しつつ、高精度な温度補償を温度補償回路４０に行わせることができる。さらに温度特性情報７６の数を一定の数に制限できるので温度補償回路４０における温度変化に対する応答性の低下を防止し、ＧＰＳ装置など高速な応答が要求されるシステムの温度補償に対応することができる。
【００６６】
第２には、温度特性情報７６は、特徴点における温度と、温度に対応した発振周波数、若しくは基準周波数からの周波数偏差により生成したことにより、圧電発振器１０側で温度係数の演算が不要となるため圧電発振器１０形成時の作業負担を抑制してコストを抑制することができる。この場合、ユーザー側で温度特性情報７６に対応する第１の近似式７０から温度係数を算出することになるが、ユーザー側で独自に正確な温度係数を演算することができる。
【００６７】
第３には、温度特性情報７６は、特徴点における温度と、温度に対応した発振周波数、若しくは基準周波数からの周波数偏差に第１の近似式７０を整合させて抽出される温度係数により生成したことにより、温度補償回路４０においては温度係数を算出するための演算が不要となるため、ユーザー側の負担を軽減して圧電発振器１０を搭載したシステムの構築を容易に行うことができる。
【００６８】
第４には、周囲温度に対応した検出電圧６６を出力する温度センサー１６を圧電振動子１２に隣接して配設し、第１の近似式７０、第２の近似式７２は、検出電圧６６に関連付けられた情報として算出し、温度特性情報７６は、第２の近似式７２から抽出し、温度特性情報７６に基づいて第１の近似式７０を算出し、第１の近似式７０と温度センサー１６から入力される温度の情報（検出電圧６６）を用いて温度補償量８０を算出可能な温度補償回路４０に発振信号５８を出力することにより、温度センサー１６は圧電振動子１２の温度に対応した情報を測定誤差を抑制して測定することができるので、離散温度特性情報７４を高精度に算出して、第２の近似式７２を高精度に算出し、これにより第１の近似式７０、温度特性情報７６を高精度に算出することができる。さらに圧電振動子１２の温度に対応した情報をリアルタイムでかつ高精度に測定できるので、温度補償回路４０における補正誤差を抑制して、温度補償を高精度に行なわせることができる。
【００６９】
また本実施形態に係る温度補償型発振器及びその製造方法によれば、上述の圧電発振器に温度補償回路を組み込んで形成したことにより、温度補償型発振回路において、離散温度特性情報７４より少ない情報数の温度特性情報７６によっても高精度な温度補償を行うことができるので圧電発振器１０側の温度特性情報７６に係る容量負担を軽減しつつ高精度な温度補償を温度補償回路４０に行わせ、高精度に温度補償が行われた発振信号６８を出力することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０………圧電発振器、１２………圧電振動子、１４………発振回路、１６………温度センサー、１８………バッファー、２０………記憶回路、２２………シリアルインターフェース回路、２４………発振周波数出力端子、２６………データ入出力端子、２８………第１制御クロック入力端子、３０………第２制御クロック入力端子、３４………温度センサー電圧出力端子、３６………電源端子、３８………グランド端子、４０………温度補償回路、４２………周波数補正回路、４４………ＣＰＵ、４６………メモリ、４８………Ａ／Ｄ変換器、５０………測定器、５２………周波数カウンター、５４………ＰＣ、５６………電圧マルチメーター、５８………発振信号、６０………第１の制御クロック、６２………第２の制御クロック、６６………検出電圧、６８………発振信号、７０………第１の近似式、７２………第２の近似式、７４………離散温度特性情報、７６………温度特性情報、７８………温度係数、８０………温度補償量、８２………プロット、８４………プロット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子の発振周波数の温度特性を近似するための温度特性情報に基づいて第１の近似式を算出し、前記第１の近似式と前記圧電振動子の温度に対応する情報を用いて温度補償量を算出可能な温度補償回路に、発振信号と前記温度特性情報を出力する圧電発振器の製造方法であって、
前記圧電振動子の温度と前記発振周波数との関係を離散的に示す離散温度特性情報を生成し、前記離散温度特性情報に基づいて前記第１の近似式より高次である第２の近似式を算出し、前記第２の近似式から前記第１の近似式が生成可能となる特徴点を抽出することにより前記温度特性情報を生成することを特徴とする圧電発振器の製造方法。
【請求項２】
前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、により生成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器の製造方法。
【請求項３】
前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、に前記第１の近似式を整合させて抽出される温度係数により生成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器の製造方法。
【請求項４】
前記圧電振動子の温度に対応した検出電圧を出力する温度検出手段を前記圧電振動子に隣接して配設し、
前記第１、第２の近似式は、前記検出電圧に関連付けられた情報として算出し、
前記温度特性情報は、前記第２の近似式から抽出し、
前記温度特性情報に基づいて前記第１の近似式を算出し、前記第２の近似式と前記温度検出手段から入力される検出電圧を用いて温度補償量を算出可能な温度補償回路に前記発振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１項に記載の圧電発振器の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電発振器の製造方法により形成された圧電発振器に前記温度補償回路を組み込んだことを特徴とする圧電発振器の製造方法。
【請求項６】
圧電振動子と、
前記圧電振動子を発振させるとともに、前記圧電振動子の発振周波数の温度特性を近似するための温度特性情報に基づいて第１の近似式を算出し、前記第１の近似式と前記圧電振動子の温度に対応する情報を用いて温度補償量を算出する温度補償回路に、発振信号を出力する発振回路と、
前記温度特性情報を記憶する記憶回路と、を有し、
前記温度特性情報は、
前記圧電振動子の温度と前記発振周波数との関係を離散的に示した離散温度特性情報を生成し、前記離散温度特性情報に基づいて前記第１の近似式より高次である第２の近似式を算出し、前記第２の近似式から前記第１の近似式が生成可能となる特徴点を抽出して生成し前記記憶回路に記憶したものであることを特徴とする圧電発振器。
【請求項７】
前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、からなることを特徴とする請求項６に記載の圧電発振器。
【請求項８】
前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、に前記第１の近似式を整合させて抽出された温度係数であることを特徴とする請求項６に記載の圧電発振器。
【請求項９】
前記圧電振動子の温度に対応した検出電圧を出力する温度検出手段が前記圧電振動子に隣接して設けられるとともに、
前記第１、第２の近似式は、前記検出電圧に関連付けられた情報として算出し、
前記温度特性情報は、前記第２の近似式から抽出し、
前記発振回路は、前記温度特性情報に基づいて前記第１の近似式を算出し、前記第２の近似式と前記温度検出手段から入力される前記検出電圧を用いて温度補償量を算出可能な温度補償回路に前記発振信号を出力することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の圧電発振器。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか１項に記載の圧電発振器に前記温度補償回路を組み込んで形成したことを特徴とする圧電発振器。
【請求項１】
圧電振動子の発振周波数の温度特性を近似するための温度特性情報に基づいて第１の近似式を算出し、前記第１の近似式と前記圧電振動子の温度に対応する情報を用いて温度補償量を算出可能な温度補償回路に、発振信号と前記温度特性情報を出力する圧電発振器の製造方法であって、
前記圧電振動子の温度と前記発振周波数との関係を離散的に示す離散温度特性情報を生成し、前記離散温度特性情報に基づいて前記第１の近似式より高次である第２の近似式を算出し、前記第２の近似式から前記第１の近似式が生成可能となる特徴点を抽出することにより前記温度特性情報を生成することを特徴とする圧電発振器の製造方法。
【請求項２】
前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、により生成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器の製造方法。
【請求項３】
前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、に前記第１の近似式を整合させて抽出される温度係数により生成したことを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器の製造方法。
【請求項４】
前記圧電振動子の温度に対応した検出電圧を出力する温度検出手段を前記圧電振動子に隣接して配設し、
前記第１、第２の近似式は、前記検出電圧に関連付けられた情報として算出し、
前記温度特性情報は、前記第２の近似式から抽出し、
前記温度特性情報に基づいて前記第１の近似式を算出し、前記第２の近似式と前記温度検出手段から入力される検出電圧を用いて温度補償量を算出可能な温度補償回路に前記発振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１項に記載の圧電発振器の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電発振器の製造方法により形成された圧電発振器に前記温度補償回路を組み込んだことを特徴とする圧電発振器の製造方法。
【請求項６】
圧電振動子と、
前記圧電振動子を発振させるとともに、前記圧電振動子の発振周波数の温度特性を近似するための温度特性情報に基づいて第１の近似式を算出し、前記第１の近似式と前記圧電振動子の温度に対応する情報を用いて温度補償量を算出する温度補償回路に、発振信号を出力する発振回路と、
前記温度特性情報を記憶する記憶回路と、を有し、
前記温度特性情報は、
前記圧電振動子の温度と前記発振周波数との関係を離散的に示した離散温度特性情報を生成し、前記離散温度特性情報に基づいて前記第１の近似式より高次である第２の近似式を算出し、前記第２の近似式から前記第１の近似式が生成可能となる特徴点を抽出して生成し前記記憶回路に記憶したものであることを特徴とする圧電発振器。
【請求項７】
前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、からなることを特徴とする請求項６に記載の圧電発振器。
【請求項８】
前記温度特性情報は、前記特徴点における温度の情報と、前記特徴点における温度に対応した発振周波数の情報、若しくは前記特徴点における温度に対応した基準周波数からの周波数偏差の情報と、に前記第１の近似式を整合させて抽出された温度係数であることを特徴とする請求項６に記載の圧電発振器。
【請求項９】
前記圧電振動子の温度に対応した検出電圧を出力する温度検出手段が前記圧電振動子に隣接して設けられるとともに、
前記第１、第２の近似式は、前記検出電圧に関連付けられた情報として算出し、
前記温度特性情報は、前記第２の近似式から抽出し、
前記発振回路は、前記温度特性情報に基づいて前記第１の近似式を算出し、前記第２の近似式と前記温度検出手段から入力される前記検出電圧を用いて温度補償量を算出可能な温度補償回路に前記発振信号を出力することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の圧電発振器。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか１項に記載の圧電発振器に前記温度補償回路を組み込んで形成したことを特徴とする圧電発振器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１１９９７８（Ｐ２０１１−１１９９７８Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７５３９２（Ｐ２００９−２７５３９２）
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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