時間基準温度補償方法
温度に依存する線形周波数（２０）を示す第二の発振器を有し、水晶発振器で駆動される時間基準の温度補償方法。第二の発振器の所定数のパルス（６１）で与えられる時間間隔（６２，６３．．）に、少なくとも３つの異なる温度で水晶発振器のパルス（６５）をカウントする。次いで、第二の発振器の温度に伴った変動関数は前記３つのパルスカウント値に基づき算出される。次いで、算出された関数を用いて、任意の動作温度における温度変化による水晶発振器の周波数変化を補正する。従って、温度補正はオフセット結果から独立して提供することができ、３つの異なる温度の選択に依存しない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶発振器で駆動される時間基準温度補償と、その温度補償を実行する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶発振器は、圧電物質である振動する水晶の機械的共振を利用して、非常に正確な周波数の電気信号を作り出す電子回路である。この周波数は、時間の経過の追跡、デジタル集積回路への安定した時間信号の供給、無線送信機の周波数の安定化等の様々な用途に用いられる。
【０００３】
水晶振動子が使用される場合、水晶振動子はその圧電性により、正確な共鳴周波数でインダクタ、コンデンサ及びレジスタからなる回路のように動作する。このような水晶発振器は数十キロヘルツから数十メガヘルツの周波数で製造することができる。
【０００４】
このような発振器の一般的な応用分野としては、腕時計、携帯電話、コンピュータ、並びに、計数器、信号発生器及びオシロスコープ等の試験及び測定装置が挙げられる。
【０００５】
多くの場合、３２７６８Ｈｚ音叉型水晶振動子が用いられる。このような３２７６８Ｈｚ音叉型水晶振動子で駆動される時間基準の温度補償は公知である。通常、音叉型水晶振動子は、温度に対する周波数が２５℃付近を頂点とする放物曲線となるようにカットされる。これにより、音叉型水晶発振器は、室温でほぼ目的とする周波数で共振するが、温度が室温より上昇しても下降しても遅くなってしまう。３２７６８Ｈｚ音叉型水晶振動子の一般的放物線係数は−０．０４ｐｐｍ／℃２である。
【０００６】
ロンジン社から製品化され１９８５年に市販された製品（コンクェストＶＨＰ）は、温度計として第二のクオーツの使用が特許文献１により公知である。
【０００７】
さらに最近では、電子チップに集積温度計を使用する温度補償が提案されている。スイス時計学会２００２年研究の日“Ｊｏｕｒｎｅｅ ｄ’ｅｔｕｄｅ ２００２ ｄｅ ｌａ Ｓｏｃｉｅｔｅ Ｓｕｉｓｓｅ ｄｅ Ｃｈｒｏｎｏｍｅｔｒｉｅ（ＳＳＣ）”の期間中に、ルネ ラッポ，エタ社（Ｒｅｎｅ Ｒａｐｐｏ，ＥＴＡ Ｓ．Ａ．）はＣＯＳＣ（スイス公認クロノメーター検定協会）新基準に適応するクオーツへの動き“Ｍｏｕｖｅｍｅｎｔｓ ａ ｑｕａｒｔｚ ａｄａｐｔｅｓ ａｕｘ ｎｏｕｖｅａｕｘ ｃｒｉｔｅｒｅｓ ＣＯＳＣ（Ｃｏｎｔｒｏｌｅ ｏｆｆｉｃｉｅｌ Ｓｕｉｓｓｅ ｄｅｓ Ｃｈｒｏｎｏｍｅｔｒｅｓ）”という論文を発表した。補償には３２７６８Ｈｚから１Ｈｚの計数連鎖の分周率の調整を使用する。この方法はブライトリング及びオメガの市販品に適用されている。周期的時計レートの正確な平均値を達成するために、第一のケースでは８分周期で、第二のケースでは４分及び１６分周期であり、一秒は異なる長さを有する。
【０００８】
これらの公知の解決方法では、特許文献２から公知のように、分周器連鎖（ｄｉｖｉｄｅｒ ｃｈａｉｎ）におけるパルス抑制の原理が採用されている。この原理では、どの温度でも発振器周波数は理想周波数である３２７６８Ｈｚより常に高くなくてはならない。実際に、この方法では平均率を下回ることのみ可能である。周期的に第二の周期の一つが他の周期より長いか又は同じとなる。
【０００９】
特許文献１による解決方法では、追加の構成部品である水晶温度計が必要となり、不利である。これにより電子モジュールのかさが増えてしまう。また、水晶温度計は標準の構成部品ではなく、その市場用に特別に製造されなければならない。
【００１０】
また、どちらの解決方法も同時の温度補正とオフセットができるだけで、オフセットレートだけを調整することは、温度補償もまた影響を受けるので、不可能である。
【００１１】
ＣＯＳＣ（“Ｃｏｎｔｒｏｌｅ ｏｆｆｉｃｉｅｌ Ｓｕｉｓｓｅ ｄｅｓ Ｃｈｒｏｎｏｍｅｔｒｅｓ”）はスイス公認クロノメーター検定協会であり、公認クロノメーターとしての地位を与えられた各時計製造業者が提出した機械部品（ムーブメント）の検定を実際に行う研究所を持っている。各機械部品は一つ一つ１５日間、５つの状況と、３つの異なる温度でテストされる。上述のルネ ラッポの論文には、異なる温度に暖められた３つの部屋を使用して、各温度で３つの異なる値を測定し、求められるオフセット及び温度補償を算出して、ＣＯＳＣの要件を満たす機械部品を製造する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第４５３７５１５号公報
【特許文献２】スイス国特許５３４９１３号公報
【発明の概要】
【００１３】
本発明の目的は、オフセットレートと温度補償をそれぞれ別々に測定、制御する方法及び装置を提供することである。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、ＣＯＳＣの要件を満たす機械部品を製造する改良された方法を提供することである。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、ＣＯＳＣ時計検定の先行技術シミュレーションと比べて、性能が劣る計測器の使用を可能とする改良された方法を提供することである。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、より簡単なプログラム化された補償方式の装置を提供するための改良された方法を提供することである。
【００１７】
本発明の目的は請求項１又は４の特徴を有する方法と、請求項６に記載の装置で実現される。
【００１８】
水晶発振器で駆動される時間基準の温度補償方法は、温度に依存する線形周波数依存を示す第二の発振器を備える。この方法では、第二の発振器の所定数のパルスで与えられる時間間隔に、少なくとも３つの異なる温度で水晶発振器のパルスをカウントする。次いで、第二の発振器周期の温度による変動関数が３つのパルスカウント値に基づき算出される。従って、温度補正は、どのオフセット結果からも独立して行うことができ、３つの異なる温度の選択に依存しない。
【００１９】
ＣＯＳＣ基準で時計を検査するために上記方法を使用する場合、約８℃の部屋を一部屋と約３８℃の部屋を一部屋準備するだけでよい。測定中の温度は安定していなければならないが、実際の温度の数値は重要ではない。また、１つの測定をほぼ室温で行うこともでき、より簡単な測定方法が可能となる。
【００２０】
その瞬間に水晶と第二の発振器の間に良好な熱的接触があれば、仮の回路を使用して測定することが可能である。放物線関数の３つの値に基づいた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の簡易プログラムミングを利用する評価値を基に、この方法を利用して生産ラインの最後に上記クオーツと第二の発振器を含む時計、又は他の電子装置を再組み立てすることが可能である。またさらに、後でクオーツのオフセット補正を別に提供することができる。これにより、水晶発振器の特性を利用して、数日後、又は数週間、数ヶ月といったより長期間の後に限界オフセット値に近づけることが可能となる。
【００２１】
温度とオフセットの補正は反対のサインを示すので別々に追跡でき、もしそれらが、例えば交互に適用される場合、２つの型の補償の現在補償値が非常に容易に確認できる。
【００２２】
第二の発振器として、弛張発振器、特にＲ＊Ｃ製品による発振周波数を有し、準線形温度依然性に従う、ＲＣ発振器を選択することができる。
【００２３】
本発明によれば、
−温度変動を周期的に補正し、
−特別な点検が必要な場合、ある時、即ち製造中に、及び、任意で後日、クオーツのオフセットを調整するクオーツ式時計において、
これらの２つの補正源を判別し、別々に測定することにより、周波数変動を補償することを可能にする。
【００２４】
この方式により、２つの製造段階、即ち、まず３つのプログラミング温度で正確に制御し、その後、電子モジュールが時計ケース内に配置されるときにこの時計ケースの影響をプログラミングに組み入れるという２つの製造段階で、２組の補償パラメータをプログラムすることが可能になる。
【００２５】
周波数変動の理由を判断する場合、２つの補正をそれぞれ別の方法で検査することができ、販売後のアフターサービスで特に有利である。
【００２６】
さらなる目的及び利点は、従属項に記載される特徴により実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明による方法及び装置で使用される温度センサと水晶振動子の、それぞれの温度での周波数偏差を示す概略図である。
【図２】図２は、弛張回路と水晶発振器のカウントされたパルスを示す概略図である。
【図３】図３は、音叉型水晶振動子の動作を温度関数として示す概略図である。
【図４】図４は、水晶発振器で駆動される時間基準の温度補償を備える装置を示す概略図である。
【図５】図５は、時計レートでの温度補償を示す概略図である。
【図６】図６は、抑制によるレート調整を示す概略図である。
【図７】図７は、時計レートの温度補償と抑制による調整とを示す概略図である。
【図８】図８は、水晶発振器の周波数相対間隔に対する負荷容量の影響と依存を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明を、添付の図面を参照して、例示して以下に説明する。
本発明の一つの実施形態は、電子時計のレート精度を改良する方法及び集積回路に関する。時間基準は３２７６８Ｈｚ音叉型水晶振動子で駆動される。時計レートは、３つの異なる温度での較正手順と各回路又は時計ムーブメント用の特定のプログラミングの後に温度補償される。
【００２９】
本発明による集積回路は、温度１０に伴って線形及び単調関数２０を示す入力信号を持つセンサを備える。水晶時間基準のレートの温度補償は、温度に伴って準線形に変化する周期を持つ弛張発振器を使用して行うことができる。図１は、温度センサの周波数偏差関数２０と、水晶振動子の周波数偏差関数３０を示す概略図である。
【００３０】
問題の温度間隔、例えば−１０℃〜＋５０℃に対して、周波数偏差４０は二重矢印４２によると、例えば、約２００，０００〜４００，０００ｐｐｍである。グラフ線２０の背後にある関数には、次数１（又は線形関数）の多項式関数で近づくことができる。
【００３１】
一方、水晶そのものの温度依存性３０は放物線関数となり、関係する温度間隔にわたる矢印４３による周波数偏差４０は、２０〜４０ｐｐｍのオーダーである。
【００３２】
符号５１，５２及び５３は３つの異なる温度、例えば、約８℃、約２３℃及び約３８℃を示す。これらはＣＯＳＣ認定方法で使用される３つの温度の付近で選択されるが、全く異なる選択をすることもできる。
【００３３】
このような弛張発振器の感度は水晶周波数の変動に比べて高く、周期の相対変動は摂氏１度当たり０．５％、例えば、５０００ｐｐｍに達することがある。水晶周波数の変動は、絶対的には、通常−１０℃〜５０℃の範囲で２ｐｐｍ／℃未満である。
【００３４】
図２は弛張回路と水晶発振器のカウントされたパルスを示す概略図である。一方では、弛張発振器は所定のパルス６１の数をカウントして温度に伴って時間窓Ｗ（Ｔ）の発生を変化させる。同じ仮想出発点を持つ符号６２は、初期温度Ｔ１に関連し、符号６３は別の温度Ｔ２での時間間隔の長さに関連する。パルス６１はあらかじめ定められ等しいが、２つの別の符号、即ち６２と６３のパルス数は異なるので、時間間隔の長さを示すために選択されている。
【００３５】
別の実施形態において、時間窓Ｗ（Ｔ１），Ｗ（Ｔ２）を発生させるパルス６１の数は異なってもよいが、そのとき、差異に基づく時間窓を計算する以下の方法を適応しなければならない。例としては、Ｔ２において、Ｔ１で使用されたパルス数の３／２が使用される場合、Ｗ（Ｔ２）が同数のパルス６１の数で発生させた時間間隔のときに、関連する時間間隔はＷ’（Ｔ２）＝２／３×Ｗ（Ｔ２）となる。
【００３６】
他方では、水晶周波数は、別の所定数のパルス６５をカウントすることにより温度に依存しないと考えられる参照窓Ｗ２、符号６４、を発生させる。そして、２つの窓の差 Ｗ＝Ｗ（Ｔ２）−Ｗ（Ｔ１）に等しい時間６４に、水晶発振器のパルス６５をカウントして得られた温度で、弛張発振器の周期の変動を表わす信号Ｐ（Ｔ）を発生させることが可能である。（パルスのカウントでは）本質的に、数量Ｐ（Ｔ）は整数であり、弛張発振器の周期によって与えられた温度よって決まる。Ｗ（Ｔ）の長さはその差に対してかなりのパルス数を得るように選択される。パルス６１の数を１０秒、１分、又は１０分に相当するように選択して３つの例を挙げると、この数はより高い又は低い測定時間を与えるように選択することもできる。
【００３７】
換言すれば、弛張発振器が発する所定のパルス６１の数がカウントされる。弛張発振器がこれらのパルスを発生させるために必要な時間はその温度によって決まるので、異なる長さの時間窓Ｗ（Ｔ）が発生する。従って、時間６２の先端は初期温度Ｔ１に関連し、時間６３の先端は別の温度Ｔ２での時間間隔の長さに関連する。以下で述べるように、この方法では、異なる温度Ｔ３のさらなる時間窓Ｗ（Ｔ３）が使用され、また必要とされる。
【００３８】
水晶周波数によって発生したパルスは各温度（Ｔ１，Ｔ２及びＴ３）でカウントされ、パルス６５の数に関連する上記の別の参照窓Ｗ２を生じさせる水晶周波数によって、異なるパルス数が発生する。図２で図示したものは、仮想（同一の）出発点に基づく。
【００３９】
従って、上記方法により、弛張発振器から生じた周期Ｄ１Ｔ１、Ｄ２Ｔ２及びＤ３Ｔ３と、以下で説明するような較正方法で使用される公称値である３２７６８Ｈｚと比較した水晶周波数ＹＴ１、ＹＴ２及びＹＴ３の相対ギャップとを測定することができる。なお、Ｔ１、Ｔ２及びＴ３は３つの異なる温度であり、窓Ｗ２のパルスを獲得する説明は、それぞれ、Ｔ１とＴ２の間又はＴ２とＴ３の間又はＴ１とＴ３の間の窓に関連する。指数２を持つ多項式は３つの係数を持つ二次（二乗状の）方程式なので、図１に示すような放物線関数３０が３つの値で十分に定義されることは当業者には公知である。従って、３つのパルスカウント値に基づく温度による第二の発振器周期の変動関数３０を計算することは直接的に可能であるが、もちろん、さらに異なる温度に対する３つより多いパルスカウント値を使用してもよい。そのとき、補償方法は上記で計算した関数を使用して、任意の動作温度、即ち、Ｔ＜Ｔ１、Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２、Ｔ２＜Ｔ＜Ｔ３又はＴ３＜Ｔの関係を維持する温度Ｔにおいて、温度変化による水晶発振器１０１の周波数変化を補正する。
【００４０】
最終製品を管理するために、本発明の一実施形態では、２分に渡る時間積分値を使用して、温度補正値とオフセット補正値を説明する。このような実施例は後で図７に関連して示す。
【００４１】
図３は、温度７２に対する音叉型水晶の周波数７１の特性を関数として示す概略図である。周波数７３は数値０を受けた理想周波数付近の変化として示される。符号Ｑは温度に依存する補正に使用され、Ｋは温度に依存しない補正、即ち、オフセット補正に関連する。
【００４２】
音叉型水晶周波数７３の変化を温度７２による二次関数で表わすことができることは周知である。Ｔｉｎｖはクオーツが最高周波数を示す温度であり、通常２５℃前後である。このドリフトの補償には同じ性質であるが反対のサインを示す関数Ｑ（Ｔ）が必要である。このような関数はパルス数Ｐ（Ｔ）の二次変換を用いて生成することができる。
【００４３】
信号Ｑ（Ｔ）は、温度補償を、時計で使用されるクオーツ１０１と弛張発振器１０５のどちらにも最適に適合させるために、さまざまな条件を満たさなくてはならない。水晶発振器の温度補償で使用される較正処理には、水晶周波数と弛張発振器の周期の３組の数値が必要である。較正は弛張発振器から出される周期Ｄ１Ｔ１，Ｄ２Ｔ２及びＤ３Ｔ３と、３２７６８Ｈｚの公称値と比較したクオーツ周波数ＹＴ１、ＹＴ２及びＹＴ３の相対ギャップとを測定することである。ここで、Ｔ１、Ｔ２及びＴ３は、例えば、図１の符号５１，５２又は５３の３つの異なる温度であり、これらの温度の絶対値は問題にならない。図１に示される放物線関数３０はこのような３つの値で十分に定義されるので、結果として得られた関数Ｙ（Ｄ）により、二次熱補償Ｑ（Ｔ）をプログラムするのに必要なパラメータを明確に計算することができる。なお、温度値５１，５２及び５３はこの較正処理を実行するために既知である必要はない。
【００４４】
この処理は３２７６８Ｈｚの公称値を参照するので、較正が行われるときの場所は問題とならない。これは、時計や時間基準を備える他の電子機器の製造段階のどこかで実行することができる。
【００４５】
図４は水晶発振器１０１によって駆動される時間基準の温度補償を備えた装置１００を示す概略図である。水晶発振器１０１はパッケージに格納され、電気接続１０５を介して制御ユニット１０２と接続されている。制御ユニット１０２は、安定した水晶発振器１０１を利用し得る用途に応じて、即ち、時計、ＧＰＳ装置、温度補償された時間基準を必要とする他の装置に応じて、別の制御回路を備えることができる。通常、このような制御ユニット１０２は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）内で実現可能である。本発明によれば、この制御ユニット１０２は弛張回路１０３を有する。較正を実行するために、水晶発振器１０１は熱コネクタ１０４を介して制御ユニット１０２に格納された弛張回路１０３と熱的に接続される。なお、熱コネクタ１０４は電気接続線１０５と同様、生産チェーンで周期的に使用でき、即ち、閉じた熱的接続が装置の最終実装段階で達成されさえすれば、最終装置は別の熱コネクタ１０４及び／又は別の電気接続を備えることができる。回路１０３は制御ユニット１０２の外側に出すこともできる。
【００４６】
本発明は、方法及び装置は２つの異なる補正工程を実行するという洞察に基づく。これらの工程は「プリセット」と「抑制」と呼び、図５及び６を組み合わせて以下で説明する。
【００４７】
図５は、時計レートの温度補償の概略図である。ＭＩＮＶは時計がクオーツ転移温度のときのレートである。符号７１は、時間基準の長さ、例えば、任意のユニット中の基準となる一秒を示す。この図では、ライン７１は一秒の正しい長さを示していると考えられる。ＭＴは、水平ライン７２、例えば温度Ｔのより長い（周波数は低い）未補正のレートの長さに対応する。従って、熱補償サイクルの範囲で、短めの一秒７３が導入される。文字Ｑは図３に示した補償に関連する。補正により、短めの一秒のライン７３とライン７１の間の面８３が残り時間の線７２と７１の間の面８２と等しくなる。図５からわかるように、概略図は正しい縮尺で記載されていない。
【００４８】
図５によって実現される「プリセット」処理は開始カウント値を設定する。このとき、最大カウントまでカウントされた数はゼロで始めたときの数より小さい。
【００４９】
次に、「抑制」処理は、抑制によるレート調節の概略を示す図６に関連して示される。温度に依存しないこの補正は、一定の間隔で長めの一秒を挿入して得られる。これに関して、図６の実施形態は、図５による補正が既に実行されたという前提で始まる。従って、ＭＴは既にＭｉｎｖで補正されたＭＴに変換されている。もし、温度が一定であれば、図６によるオフセット補正もまた独立して、図５の補正前に実行される。水平ライン１７２は未補正の水晶発振器に関する。符号１７２は時間基準、例えば任意の単位を基準とする一秒の長さを示すが、補正された時間基準はライン１７１となる。
【００５０】
従って、Ｍｉｎｖは水平ライン１７２、例えば、より短い（周波数は高い）未補正レートの長さに対応する。オフセット補償サイクルでは、長めの一秒１７３が導入される。文字Ｋは図３で示した補償に関連する。補正により、長めの一秒のライン１７３と１７１の間の面１８３が残り時間のライン１７２と１７１の間の面１８２と等しくなる。図６からわかるように、概略図は正しい縮尺で記載されていない。
【００５１】
抑制処理とは、計数器への入力時に所定数のパルスを消去することである。最大カウント数は抑制されたパルスの数に計数領域を加えた合計となる。両者の方法に起因する修正は反対のサインを示し、図１中のベクトルＱとＫに概略的に対応する。
【００５２】
好ましくは、「プリセット」関数は最初にプログラムされ、正（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）の補正をする。これは時計レートを加速させるか、又は水晶周波数を増加させることと等しい。補正は温度に依存し、異なる温度で得られた３つのカウント値に基づいて直接計算できる。水晶の熱ドリフトは、レートが一定であり、クオーツ転移温度でのレートＴＩＮＶに等しくなるよう補償される。実用的には、補正Ｑは定期的に短めの一秒を挿入することで得られる。例えば、４分毎に一秒を他より短くする。
【００５３】
「オフセット補正」としても公知であるレート補正「抑制」は図３のベクトルＫに相当する。これは負（ｎｅｇａｔｉｖｅ）の補正である。これは、時計レート又は温度補償された時間基準を有する他の電子機器のクロック信号を減少させることである。このようなレートの数値調節方法は周知であり、ほとんどのクオーツ式時計で使用されている。抑制は長めの一秒を定期的に挿入することにより実行される。例えば、レートを遅くするために４分毎に一秒の周期を他より長くする。この補正は温度に依存しない。値Ｋは温度補償後の平均レートの測定値を基準にして計算される。温度補償の事前の調節のおかげで、レート調節処理工程は後の製造工程中のどんな温度にでも適用できる。これにより、周波数の調節中の環境的制約を緩和することができる。一般に、温度補償レートのない時計では、調節は室温又は、例えば人が身につける時計の平均温度という所定の温度設定でレート誤差を解除している。
【００５４】
また、測定中の両方の関数を区別するために、温度補償と抑制は、例えば図７で示すように２分毎に、周期的に交互に生じる。補正時間ラインは破線２７１である。「未補正の」一秒の長さはライン２７２で表わされる。この時間基準は、オフセット補正による長めの一秒２７４によって、及び温度補正による短めの一秒２７３によって、補正される。補正２７４は固定してプログラムされ、補正２７３は装置の現時点の温度での現時点の補正である。より短い時間基準部分の面２８３は、より長い時間基準部分の面２８４と等しく、即ち、装置の使用者は装置の動作が時間ライン２７１上にあるとわかる。
【００５５】
この較正処理には以下の利点がある。
−Ｑ、温度補償用補正又は「プリセット」とＫ、抑制用補正又は「オフセット補正」は反対のサインを示す。
−両方の調節は完全に独立している。オフセットＫの補正のプログラミングは熱補償Ｑの後に実行されることが好ましく、周波数の変動は対数的なので、オフセットをその限界値に近付けることができる。
−抑制によるオフセット補正の正確な調節は、電子機器にクオーツを実装した後、例えば、時計箱体にムーブメントが実装された後、配送時、及び保存温度に依存しないレートを考慮して、かなりの時間（数時間又は数日間）にわたって集積された後で、行うことができる。
−水晶発振器はムーブメントのような近接する物体に対して敏感である。従って、電子モジュールを組み立てた後、さらに時計ケースに組み立てた装置を挿入した後に影響を受けるであろう。
【００５６】
クオーツの転移温度での周波数が３２７６８Ｈｚより高ければ、より大きな周波数調整公差を有するクオーツが使用できる。通常の温度補償方法では、図３の放物線の全てのポイントが、例えば０〜５０℃の所定の温度帯において、３２７６８Ｈｚの公称値を上回らなくてはならない。抑制を用いた補正は、クオーツのレートを下げることを意味する下向きのｐｐｍギャップを補正することができるだけである。
【００５７】
図８は水晶発振器の周波数相関ギャップに対する負荷容量の影響と依存を示す。実施形態では、より好ましい容量負荷のおかげで、発振器の安定性の改善が見られる。例えば、公称負荷容量ＣＬ０を持つ３２７６８Ｈｚクオーツの標準仕様は、室温付近での公差のみを考慮する。この状態では、集積回路に関連する水晶動作の温度特性は３２７６８Ｈｚを上回る値を使用することが必要かつ十分である（図３のレベル０ｐｐｍ）。図８は負荷容量ＣＬの関数で周波数の相対ギャップを表わす。これは、２つの異なる温度、室温に近い転移温度Ｔｉｎvでのギャップ９１と５℃でのギャップ９２とが示されている。どの温度でも３２７６８Ｈｚより高い周波数を確保するためには、動作ポイントをＣＬ０より低い値ＣＬに左にシフトさせなければならないことは明らかである。このポイントでの特性の傾きは急勾配であり、容量障害により誘導される周波数の相対変動は大きい振幅となり、従って、不安定となる。
【００５８】
参照には３２７６８Ｈｚ音叉型水晶振動子を使用したが、３つの温度値が温度変動の放物線関数に近いパラメータを提供するように測定されるならば、異なるタイプの水晶振動子を使用できることは明らかである。尚、異なる温度での４以上の数値を獲得することにより、獲得パラメータにより温度変動の高次の関数をプログラミングすることが可能となる。第二の発振器の感度が水晶発振器の温度による感度よりかなり高いこと（１０倍、好ましくは１００倍より大きい）だけが重要である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶発振器で駆動される時間基準温度補償と、その温度補償を実行する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水晶発振器は、圧電物質である振動する水晶の機械的共振を利用して、非常に正確な周波数の電気信号を作り出す電子回路である。この周波数は、時間の経過の追跡、デジタル集積回路への安定した時間信号の供給、無線送信機の周波数の安定化等の様々な用途に用いられる。
【０００３】
水晶振動子が使用される場合、水晶振動子はその圧電性により、正確な共鳴周波数でインダクタ、コンデンサ及びレジスタからなる回路のように動作する。このような水晶発振器は数十キロヘルツから数十メガヘルツの周波数で製造することができる。
【０００４】
このような発振器の一般的な応用分野としては、腕時計、携帯電話、コンピュータ、並びに、計数器、信号発生器及びオシロスコープ等の試験及び測定装置が挙げられる。
【０００５】
多くの場合、３２７６８Ｈｚ音叉型水晶振動子が用いられる。このような３２７６８Ｈｚ音叉型水晶振動子で駆動される時間基準の温度補償は公知である。通常、音叉型水晶振動子は、温度に対する周波数が２５℃付近を頂点とする放物曲線となるようにカットされる。これにより、音叉型水晶発振器は、室温でほぼ目的とする周波数で共振するが、温度が室温より上昇しても下降しても遅くなってしまう。３２７６８Ｈｚ音叉型水晶振動子の一般的放物線係数は−０．０４ｐｐｍ／℃２である。
【０００６】
ロンジン社から製品化され１９８５年に市販された製品（コンクェストＶＨＰ）は、温度計として第二のクオーツの使用が特許文献１により公知である。
【０００７】
さらに最近では、電子チップに集積温度計を使用する温度補償が提案されている。スイス時計学会２００２年研究の日“Ｊｏｕｒｎｅｅ ｄ’ｅｔｕｄｅ ２００２ ｄｅ ｌａ Ｓｏｃｉｅｔｅ Ｓｕｉｓｓｅ ｄｅ Ｃｈｒｏｎｏｍｅｔｒｉｅ（ＳＳＣ）”の期間中に、ルネ ラッポ，エタ社（Ｒｅｎｅ Ｒａｐｐｏ，ＥＴＡ Ｓ．Ａ．）はＣＯＳＣ（スイス公認クロノメーター検定協会）新基準に適応するクオーツへの動き“Ｍｏｕｖｅｍｅｎｔｓ ａ ｑｕａｒｔｚ ａｄａｐｔｅｓ ａｕｘ ｎｏｕｖｅａｕｘ ｃｒｉｔｅｒｅｓ ＣＯＳＣ（Ｃｏｎｔｒｏｌｅ ｏｆｆｉｃｉｅｌ Ｓｕｉｓｓｅ ｄｅｓ Ｃｈｒｏｎｏｍｅｔｒｅｓ）”という論文を発表した。補償には３２７６８Ｈｚから１Ｈｚの計数連鎖の分周率の調整を使用する。この方法はブライトリング及びオメガの市販品に適用されている。周期的時計レートの正確な平均値を達成するために、第一のケースでは８分周期で、第二のケースでは４分及び１６分周期であり、一秒は異なる長さを有する。
【０００８】
これらの公知の解決方法では、特許文献２から公知のように、分周器連鎖（ｄｉｖｉｄｅｒ ｃｈａｉｎ）におけるパルス抑制の原理が採用されている。この原理では、どの温度でも発振器周波数は理想周波数である３２７６８Ｈｚより常に高くなくてはならない。実際に、この方法では平均率を下回ることのみ可能である。周期的に第二の周期の一つが他の周期より長いか又は同じとなる。
【０００９】
特許文献１による解決方法では、追加の構成部品である水晶温度計が必要となり、不利である。これにより電子モジュールのかさが増えてしまう。また、水晶温度計は標準の構成部品ではなく、その市場用に特別に製造されなければならない。
【００１０】
また、どちらの解決方法も同時の温度補正とオフセットができるだけで、オフセットレートだけを調整することは、温度補償もまた影響を受けるので、不可能である。
【００１１】
ＣＯＳＣ（“Ｃｏｎｔｒｏｌｅ ｏｆｆｉｃｉｅｌ Ｓｕｉｓｓｅ ｄｅｓ Ｃｈｒｏｎｏｍｅｔｒｅｓ”）はスイス公認クロノメーター検定協会であり、公認クロノメーターとしての地位を与えられた各時計製造業者が提出した機械部品（ムーブメント）の検定を実際に行う研究所を持っている。各機械部品は一つ一つ１５日間、５つの状況と、３つの異なる温度でテストされる。上述のルネ ラッポの論文には、異なる温度に暖められた３つの部屋を使用して、各温度で３つの異なる値を測定し、求められるオフセット及び温度補償を算出して、ＣＯＳＣの要件を満たす機械部品を製造する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第４５３７５１５号公報
【特許文献２】スイス国特許５３４９１３号公報
【発明の概要】
【００１３】
本発明の目的は、オフセットレートと温度補償をそれぞれ別々に測定、制御する方法及び装置を提供することである。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、ＣＯＳＣの要件を満たす機械部品を製造する改良された方法を提供することである。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、ＣＯＳＣ時計検定の先行技術シミュレーションと比べて、性能が劣る計測器の使用を可能とする改良された方法を提供することである。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、より簡単なプログラム化された補償方式の装置を提供するための改良された方法を提供することである。
【００１７】
本発明の目的は請求項１又は４の特徴を有する方法と、請求項６に記載の装置で実現される。
【００１８】
水晶発振器で駆動される時間基準の温度補償方法は、温度に依存する線形周波数依存を示す第二の発振器を備える。この方法では、第二の発振器の所定数のパルスで与えられる時間間隔に、少なくとも３つの異なる温度で水晶発振器のパルスをカウントする。次いで、第二の発振器周期の温度による変動関数が３つのパルスカウント値に基づき算出される。従って、温度補正は、どのオフセット結果からも独立して行うことができ、３つの異なる温度の選択に依存しない。
【００１９】
ＣＯＳＣ基準で時計を検査するために上記方法を使用する場合、約８℃の部屋を一部屋と約３８℃の部屋を一部屋準備するだけでよい。測定中の温度は安定していなければならないが、実際の温度の数値は重要ではない。また、１つの測定をほぼ室温で行うこともでき、より簡単な測定方法が可能となる。
【００２０】
その瞬間に水晶と第二の発振器の間に良好な熱的接触があれば、仮の回路を使用して測定することが可能である。放物線関数の３つの値に基づいた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の簡易プログラムミングを利用する評価値を基に、この方法を利用して生産ラインの最後に上記クオーツと第二の発振器を含む時計、又は他の電子装置を再組み立てすることが可能である。またさらに、後でクオーツのオフセット補正を別に提供することができる。これにより、水晶発振器の特性を利用して、数日後、又は数週間、数ヶ月といったより長期間の後に限界オフセット値に近づけることが可能となる。
【００２１】
温度とオフセットの補正は反対のサインを示すので別々に追跡でき、もしそれらが、例えば交互に適用される場合、２つの型の補償の現在補償値が非常に容易に確認できる。
【００２２】
第二の発振器として、弛張発振器、特にＲ＊Ｃ製品による発振周波数を有し、準線形温度依然性に従う、ＲＣ発振器を選択することができる。
【００２３】
本発明によれば、
−温度変動を周期的に補正し、
−特別な点検が必要な場合、ある時、即ち製造中に、及び、任意で後日、クオーツのオフセットを調整するクオーツ式時計において、
これらの２つの補正源を判別し、別々に測定することにより、周波数変動を補償することを可能にする。
【００２４】
この方式により、２つの製造段階、即ち、まず３つのプログラミング温度で正確に制御し、その後、電子モジュールが時計ケース内に配置されるときにこの時計ケースの影響をプログラミングに組み入れるという２つの製造段階で、２組の補償パラメータをプログラムすることが可能になる。
【００２５】
周波数変動の理由を判断する場合、２つの補正をそれぞれ別の方法で検査することができ、販売後のアフターサービスで特に有利である。
【００２６】
さらなる目的及び利点は、従属項に記載される特徴により実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明による方法及び装置で使用される温度センサと水晶振動子の、それぞれの温度での周波数偏差を示す概略図である。
【図２】図２は、弛張回路と水晶発振器のカウントされたパルスを示す概略図である。
【図３】図３は、音叉型水晶振動子の動作を温度関数として示す概略図である。
【図４】図４は、水晶発振器で駆動される時間基準の温度補償を備える装置を示す概略図である。
【図５】図５は、時計レートでの温度補償を示す概略図である。
【図６】図６は、抑制によるレート調整を示す概略図である。
【図７】図７は、時計レートの温度補償と抑制による調整とを示す概略図である。
【図８】図８は、水晶発振器の周波数相対間隔に対する負荷容量の影響と依存を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明を、添付の図面を参照して、例示して以下に説明する。
本発明の一つの実施形態は、電子時計のレート精度を改良する方法及び集積回路に関する。時間基準は３２７６８Ｈｚ音叉型水晶振動子で駆動される。時計レートは、３つの異なる温度での較正手順と各回路又は時計ムーブメント用の特定のプログラミングの後に温度補償される。
【００２９】
本発明による集積回路は、温度１０に伴って線形及び単調関数２０を示す入力信号を持つセンサを備える。水晶時間基準のレートの温度補償は、温度に伴って準線形に変化する周期を持つ弛張発振器を使用して行うことができる。図１は、温度センサの周波数偏差関数２０と、水晶振動子の周波数偏差関数３０を示す概略図である。
【００３０】
問題の温度間隔、例えば−１０℃〜＋５０℃に対して、周波数偏差４０は二重矢印４２によると、例えば、約２００，０００〜４００，０００ｐｐｍである。グラフ線２０の背後にある関数には、次数１（又は線形関数）の多項式関数で近づくことができる。
【００３１】
一方、水晶そのものの温度依存性３０は放物線関数となり、関係する温度間隔にわたる矢印４３による周波数偏差４０は、２０〜４０ｐｐｍのオーダーである。
【００３２】
符号５１，５２及び５３は３つの異なる温度、例えば、約８℃、約２３℃及び約３８℃を示す。これらはＣＯＳＣ認定方法で使用される３つの温度の付近で選択されるが、全く異なる選択をすることもできる。
【００３３】
このような弛張発振器の感度は水晶周波数の変動に比べて高く、周期の相対変動は摂氏１度当たり０．５％、例えば、５０００ｐｐｍに達することがある。水晶周波数の変動は、絶対的には、通常−１０℃〜５０℃の範囲で２ｐｐｍ／℃未満である。
【００３４】
図２は弛張回路と水晶発振器のカウントされたパルスを示す概略図である。一方では、弛張発振器は所定のパルス６１の数をカウントして温度に伴って時間窓Ｗ（Ｔ）の発生を変化させる。同じ仮想出発点を持つ符号６２は、初期温度Ｔ１に関連し、符号６３は別の温度Ｔ２での時間間隔の長さに関連する。パルス６１はあらかじめ定められ等しいが、２つの別の符号、即ち６２と６３のパルス数は異なるので、時間間隔の長さを示すために選択されている。
【００３５】
別の実施形態において、時間窓Ｗ（Ｔ１），Ｗ（Ｔ２）を発生させるパルス６１の数は異なってもよいが、そのとき、差異に基づく時間窓を計算する以下の方法を適応しなければならない。例としては、Ｔ２において、Ｔ１で使用されたパルス数の３／２が使用される場合、Ｗ（Ｔ２）が同数のパルス６１の数で発生させた時間間隔のときに、関連する時間間隔はＷ’（Ｔ２）＝２／３×Ｗ（Ｔ２）となる。
【００３６】
他方では、水晶周波数は、別の所定数のパルス６５をカウントすることにより温度に依存しないと考えられる参照窓Ｗ２、符号６４、を発生させる。そして、２つの窓の差 Ｗ＝Ｗ（Ｔ２）−Ｗ（Ｔ１）に等しい時間６４に、水晶発振器のパルス６５をカウントして得られた温度で、弛張発振器の周期の変動を表わす信号Ｐ（Ｔ）を発生させることが可能である。（パルスのカウントでは）本質的に、数量Ｐ（Ｔ）は整数であり、弛張発振器の周期によって与えられた温度よって決まる。Ｗ（Ｔ）の長さはその差に対してかなりのパルス数を得るように選択される。パルス６１の数を１０秒、１分、又は１０分に相当するように選択して３つの例を挙げると、この数はより高い又は低い測定時間を与えるように選択することもできる。
【００３７】
換言すれば、弛張発振器が発する所定のパルス６１の数がカウントされる。弛張発振器がこれらのパルスを発生させるために必要な時間はその温度によって決まるので、異なる長さの時間窓Ｗ（Ｔ）が発生する。従って、時間６２の先端は初期温度Ｔ１に関連し、時間６３の先端は別の温度Ｔ２での時間間隔の長さに関連する。以下で述べるように、この方法では、異なる温度Ｔ３のさらなる時間窓Ｗ（Ｔ３）が使用され、また必要とされる。
【００３８】
水晶周波数によって発生したパルスは各温度（Ｔ１，Ｔ２及びＴ３）でカウントされ、パルス６５の数に関連する上記の別の参照窓Ｗ２を生じさせる水晶周波数によって、異なるパルス数が発生する。図２で図示したものは、仮想（同一の）出発点に基づく。
【００３９】
従って、上記方法により、弛張発振器から生じた周期Ｄ１Ｔ１、Ｄ２Ｔ２及びＤ３Ｔ３と、以下で説明するような較正方法で使用される公称値である３２７６８Ｈｚと比較した水晶周波数ＹＴ１、ＹＴ２及びＹＴ３の相対ギャップとを測定することができる。なお、Ｔ１、Ｔ２及びＴ３は３つの異なる温度であり、窓Ｗ２のパルスを獲得する説明は、それぞれ、Ｔ１とＴ２の間又はＴ２とＴ３の間又はＴ１とＴ３の間の窓に関連する。指数２を持つ多項式は３つの係数を持つ二次（二乗状の）方程式なので、図１に示すような放物線関数３０が３つの値で十分に定義されることは当業者には公知である。従って、３つのパルスカウント値に基づく温度による第二の発振器周期の変動関数３０を計算することは直接的に可能であるが、もちろん、さらに異なる温度に対する３つより多いパルスカウント値を使用してもよい。そのとき、補償方法は上記で計算した関数を使用して、任意の動作温度、即ち、Ｔ＜Ｔ１、Ｔ１＜Ｔ＜Ｔ２、Ｔ２＜Ｔ＜Ｔ３又はＴ３＜Ｔの関係を維持する温度Ｔにおいて、温度変化による水晶発振器１０１の周波数変化を補正する。
【００４０】
最終製品を管理するために、本発明の一実施形態では、２分に渡る時間積分値を使用して、温度補正値とオフセット補正値を説明する。このような実施例は後で図７に関連して示す。
【００４１】
図３は、温度７２に対する音叉型水晶の周波数７１の特性を関数として示す概略図である。周波数７３は数値０を受けた理想周波数付近の変化として示される。符号Ｑは温度に依存する補正に使用され、Ｋは温度に依存しない補正、即ち、オフセット補正に関連する。
【００４２】
音叉型水晶周波数７３の変化を温度７２による二次関数で表わすことができることは周知である。Ｔｉｎｖはクオーツが最高周波数を示す温度であり、通常２５℃前後である。このドリフトの補償には同じ性質であるが反対のサインを示す関数Ｑ（Ｔ）が必要である。このような関数はパルス数Ｐ（Ｔ）の二次変換を用いて生成することができる。
【００４３】
信号Ｑ（Ｔ）は、温度補償を、時計で使用されるクオーツ１０１と弛張発振器１０５のどちらにも最適に適合させるために、さまざまな条件を満たさなくてはならない。水晶発振器の温度補償で使用される較正処理には、水晶周波数と弛張発振器の周期の３組の数値が必要である。較正は弛張発振器から出される周期Ｄ１Ｔ１，Ｄ２Ｔ２及びＤ３Ｔ３と、３２７６８Ｈｚの公称値と比較したクオーツ周波数ＹＴ１、ＹＴ２及びＹＴ３の相対ギャップとを測定することである。ここで、Ｔ１、Ｔ２及びＴ３は、例えば、図１の符号５１，５２又は５３の３つの異なる温度であり、これらの温度の絶対値は問題にならない。図１に示される放物線関数３０はこのような３つの値で十分に定義されるので、結果として得られた関数Ｙ（Ｄ）により、二次熱補償Ｑ（Ｔ）をプログラムするのに必要なパラメータを明確に計算することができる。なお、温度値５１，５２及び５３はこの較正処理を実行するために既知である必要はない。
【００４４】
この処理は３２７６８Ｈｚの公称値を参照するので、較正が行われるときの場所は問題とならない。これは、時計や時間基準を備える他の電子機器の製造段階のどこかで実行することができる。
【００４５】
図４は水晶発振器１０１によって駆動される時間基準の温度補償を備えた装置１００を示す概略図である。水晶発振器１０１はパッケージに格納され、電気接続１０５を介して制御ユニット１０２と接続されている。制御ユニット１０２は、安定した水晶発振器１０１を利用し得る用途に応じて、即ち、時計、ＧＰＳ装置、温度補償された時間基準を必要とする他の装置に応じて、別の制御回路を備えることができる。通常、このような制御ユニット１０２は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）内で実現可能である。本発明によれば、この制御ユニット１０２は弛張回路１０３を有する。較正を実行するために、水晶発振器１０１は熱コネクタ１０４を介して制御ユニット１０２に格納された弛張回路１０３と熱的に接続される。なお、熱コネクタ１０４は電気接続線１０５と同様、生産チェーンで周期的に使用でき、即ち、閉じた熱的接続が装置の最終実装段階で達成されさえすれば、最終装置は別の熱コネクタ１０４及び／又は別の電気接続を備えることができる。回路１０３は制御ユニット１０２の外側に出すこともできる。
【００４６】
本発明は、方法及び装置は２つの異なる補正工程を実行するという洞察に基づく。これらの工程は「プリセット」と「抑制」と呼び、図５及び６を組み合わせて以下で説明する。
【００４７】
図５は、時計レートの温度補償の概略図である。ＭＩＮＶは時計がクオーツ転移温度のときのレートである。符号７１は、時間基準の長さ、例えば、任意のユニット中の基準となる一秒を示す。この図では、ライン７１は一秒の正しい長さを示していると考えられる。ＭＴは、水平ライン７２、例えば温度Ｔのより長い（周波数は低い）未補正のレートの長さに対応する。従って、熱補償サイクルの範囲で、短めの一秒７３が導入される。文字Ｑは図３に示した補償に関連する。補正により、短めの一秒のライン７３とライン７１の間の面８３が残り時間の線７２と７１の間の面８２と等しくなる。図５からわかるように、概略図は正しい縮尺で記載されていない。
【００４８】
図５によって実現される「プリセット」処理は開始カウント値を設定する。このとき、最大カウントまでカウントされた数はゼロで始めたときの数より小さい。
【００４９】
次に、「抑制」処理は、抑制によるレート調節の概略を示す図６に関連して示される。温度に依存しないこの補正は、一定の間隔で長めの一秒を挿入して得られる。これに関して、図６の実施形態は、図５による補正が既に実行されたという前提で始まる。従って、ＭＴは既にＭｉｎｖで補正されたＭＴに変換されている。もし、温度が一定であれば、図６によるオフセット補正もまた独立して、図５の補正前に実行される。水平ライン１７２は未補正の水晶発振器に関する。符号１７２は時間基準、例えば任意の単位を基準とする一秒の長さを示すが、補正された時間基準はライン１７１となる。
【００５０】
従って、Ｍｉｎｖは水平ライン１７２、例えば、より短い（周波数は高い）未補正レートの長さに対応する。オフセット補償サイクルでは、長めの一秒１７３が導入される。文字Ｋは図３で示した補償に関連する。補正により、長めの一秒のライン１７３と１７１の間の面１８３が残り時間のライン１７２と１７１の間の面１８２と等しくなる。図６からわかるように、概略図は正しい縮尺で記載されていない。
【００５１】
抑制処理とは、計数器への入力時に所定数のパルスを消去することである。最大カウント数は抑制されたパルスの数に計数領域を加えた合計となる。両者の方法に起因する修正は反対のサインを示し、図１中のベクトルＱとＫに概略的に対応する。
【００５２】
好ましくは、「プリセット」関数は最初にプログラムされ、正（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）の補正をする。これは時計レートを加速させるか、又は水晶周波数を増加させることと等しい。補正は温度に依存し、異なる温度で得られた３つのカウント値に基づいて直接計算できる。水晶の熱ドリフトは、レートが一定であり、クオーツ転移温度でのレートＴＩＮＶに等しくなるよう補償される。実用的には、補正Ｑは定期的に短めの一秒を挿入することで得られる。例えば、４分毎に一秒を他より短くする。
【００５３】
「オフセット補正」としても公知であるレート補正「抑制」は図３のベクトルＫに相当する。これは負（ｎｅｇａｔｉｖｅ）の補正である。これは、時計レート又は温度補償された時間基準を有する他の電子機器のクロック信号を減少させることである。このようなレートの数値調節方法は周知であり、ほとんどのクオーツ式時計で使用されている。抑制は長めの一秒を定期的に挿入することにより実行される。例えば、レートを遅くするために４分毎に一秒の周期を他より長くする。この補正は温度に依存しない。値Ｋは温度補償後の平均レートの測定値を基準にして計算される。温度補償の事前の調節のおかげで、レート調節処理工程は後の製造工程中のどんな温度にでも適用できる。これにより、周波数の調節中の環境的制約を緩和することができる。一般に、温度補償レートのない時計では、調節は室温又は、例えば人が身につける時計の平均温度という所定の温度設定でレート誤差を解除している。
【００５４】
また、測定中の両方の関数を区別するために、温度補償と抑制は、例えば図７で示すように２分毎に、周期的に交互に生じる。補正時間ラインは破線２７１である。「未補正の」一秒の長さはライン２７２で表わされる。この時間基準は、オフセット補正による長めの一秒２７４によって、及び温度補正による短めの一秒２７３によって、補正される。補正２７４は固定してプログラムされ、補正２７３は装置の現時点の温度での現時点の補正である。より短い時間基準部分の面２８３は、より長い時間基準部分の面２８４と等しく、即ち、装置の使用者は装置の動作が時間ライン２７１上にあるとわかる。
【００５５】
この較正処理には以下の利点がある。
−Ｑ、温度補償用補正又は「プリセット」とＫ、抑制用補正又は「オフセット補正」は反対のサインを示す。
−両方の調節は完全に独立している。オフセットＫの補正のプログラミングは熱補償Ｑの後に実行されることが好ましく、周波数の変動は対数的なので、オフセットをその限界値に近付けることができる。
−抑制によるオフセット補正の正確な調節は、電子機器にクオーツを実装した後、例えば、時計箱体にムーブメントが実装された後、配送時、及び保存温度に依存しないレートを考慮して、かなりの時間（数時間又は数日間）にわたって集積された後で、行うことができる。
−水晶発振器はムーブメントのような近接する物体に対して敏感である。従って、電子モジュールを組み立てた後、さらに時計ケースに組み立てた装置を挿入した後に影響を受けるであろう。
【００５６】
クオーツの転移温度での周波数が３２７６８Ｈｚより高ければ、より大きな周波数調整公差を有するクオーツが使用できる。通常の温度補償方法では、図３の放物線の全てのポイントが、例えば０〜５０℃の所定の温度帯において、３２７６８Ｈｚの公称値を上回らなくてはならない。抑制を用いた補正は、クオーツのレートを下げることを意味する下向きのｐｐｍギャップを補正することができるだけである。
【００５７】
図８は水晶発振器の周波数相関ギャップに対する負荷容量の影響と依存を示す。実施形態では、より好ましい容量負荷のおかげで、発振器の安定性の改善が見られる。例えば、公称負荷容量ＣＬ０を持つ３２７６８Ｈｚクオーツの標準仕様は、室温付近での公差のみを考慮する。この状態では、集積回路に関連する水晶動作の温度特性は３２７６８Ｈｚを上回る値を使用することが必要かつ十分である（図３のレベル０ｐｐｍ）。図８は負荷容量ＣＬの関数で周波数の相対ギャップを表わす。これは、２つの異なる温度、室温に近い転移温度Ｔｉｎvでのギャップ９１と５℃でのギャップ９２とが示されている。どの温度でも３２７６８Ｈｚより高い周波数を確保するためには、動作ポイントをＣＬ０より低い値ＣＬに左にシフトさせなければならないことは明らかである。このポイントでの特性の傾きは急勾配であり、容量障害により誘導される周波数の相対変動は大きい振幅となり、従って、不安定となる。
【００５８】
参照には３２７６８Ｈｚ音叉型水晶振動子を使用したが、３つの温度値が温度変動の放物線関数に近いパラメータを提供するように測定されるならば、異なるタイプの水晶振動子を使用できることは明らかである。尚、異なる温度での４以上の数値を獲得することにより、獲得パラメータにより温度変動の高次の関数をプログラミングすることが可能となる。第二の発振器の感度が水晶発振器の温度による感度よりかなり高いこと（１０倍、好ましくは１００倍より大きい）だけが重要である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度に依存する線形周波数（２０）を示す第二の発振器（１０３）を使用した、水晶発振器（１０１）で駆動される時間基準の温度補償方法であって、
前記第二の発振器（１０３）の所定数のパルス（６１）で与えられる時間間隔に、少なくとも３つ、好ましくは３つだけの異なる温度（５１，５２，５３）で前記水晶発振器（１０１）のパルス（６５）をカウントし、各温度でカウントされた前記パルス（６５）が前記温度を表示し、
前記３つ以上、好ましくは３つのパルスカウント値に基づいた温度で前記第二の発振器周期の変動関数（３０）を算出し、
前記算出された関数を用いて、任意の動作温度における温度変化による水晶発振器（１０１）の周波数変化を補正する、
工程を有する温度補償方法。
【請求項２】
前記水晶発振器（１０１）が、前記変動関数（３０）、好ましくは放物線の変動関数（３０）のパラメータを評価するために、前記第二の発振器（１０３）と熱的（１０４）及び電気的（１０５）に接続して断続的に実装される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記３つの温度が、約８℃、約３８℃、ほぼ室温、特に約２３℃、で選択される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
補償が、長めの一秒（１７３）を、抑制サイクル中の時間基準（７１，１７２，２７２）に導入して得られる熱的補償（Ｑ）とオフセット補償（Ｋ）とを有する水晶発振器（１０１）で駆動される時間基準の温度補償方法であって、
前記オフセット補償（Ｋ）は長めの一秒（１７３，２７４）を抑制サイクル中の時間基準（１７２，２７２）に導入して得られ、前記熱的補償（Ｑ）は短めの一秒（７３，２７３）を時間基準（１７２，２７２）に導入して別個に得られることを特徴とする温度補償方法。
【請求項５】
前記熱的補償工程（Ｑ）とオフセット補償工程（Ｋ）が、交互に適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
水晶発振器（１０１）と、温度に依存する線形周波数（２０）を示す第二の発振器（１０３）とを有する、温度補償された時間基準を備えた装置であって、前記装置はさらに、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法によるプログラムされた温度補償に基づいて、補正信号（７３，１７３，２７３，２７４）を提供する制御ユニット（１０２）を有することを特徴とする装置。
【請求項７】
前記水晶発振器（１０１）が、３２７６８Ｈｚ音叉型発振器である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第二の発振器（１０３）が、弛張発振器又はＲＣ発振器である請求項６又は７に記載の装置。
【請求項１】
温度に依存する線形周波数（２０）を示す第二の発振器（１０３）を使用した、水晶発振器（１０１）で駆動される時間基準の温度補償方法であって、
前記第二の発振器（１０３）の所定数のパルス（６１）で与えられる時間間隔に、少なくとも３つ、好ましくは３つだけの異なる温度（５１，５２，５３）で前記水晶発振器（１０１）のパルス（６５）をカウントし、各温度でカウントされた前記パルス（６５）が前記温度を表示し、
前記３つ以上、好ましくは３つのパルスカウント値に基づいた温度で前記第二の発振器周期の変動関数（３０）を算出し、
前記算出された関数を用いて、任意の動作温度における温度変化による水晶発振器（１０１）の周波数変化を補正する、
工程を有する温度補償方法。
【請求項２】
前記水晶発振器（１０１）が、前記変動関数（３０）、好ましくは放物線の変動関数（３０）のパラメータを評価するために、前記第二の発振器（１０３）と熱的（１０４）及び電気的（１０５）に接続して断続的に実装される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記３つの温度が、約８℃、約３８℃、ほぼ室温、特に約２３℃、で選択される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
補償が、長めの一秒（１７３）を、抑制サイクル中の時間基準（７１，１７２，２７２）に導入して得られる熱的補償（Ｑ）とオフセット補償（Ｋ）とを有する水晶発振器（１０１）で駆動される時間基準の温度補償方法であって、
前記オフセット補償（Ｋ）は長めの一秒（１７３，２７４）を抑制サイクル中の時間基準（１７２，２７２）に導入して得られ、前記熱的補償（Ｑ）は短めの一秒（７３，２７３）を時間基準（１７２，２７２）に導入して別個に得られることを特徴とする温度補償方法。
【請求項５】
前記熱的補償工程（Ｑ）とオフセット補償工程（Ｋ）が、交互に適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
水晶発振器（１０１）と、温度に依存する線形周波数（２０）を示す第二の発振器（１０３）とを有する、温度補償された時間基準を備えた装置であって、前記装置はさらに、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法によるプログラムされた温度補償に基づいて、補正信号（７３，１７３，２７３，２７４）を提供する制御ユニット（１０２）を有することを特徴とする装置。
【請求項７】
前記水晶発振器（１０１）が、３２７６８Ｈｚ音叉型発振器である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第二の発振器（１０３）が、弛張発振器又はＲＣ発振器である請求項６又は７に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１０−５２３９９３（Ｐ２０１０−５２３９９３Ａ）
【公表日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５０２５３１（Ｐ２０１０−５０２５３１）
【出願日】平成２０年４月１１日（２００８．４．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５４４５９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１２５６４６
【国際公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【出願人】（５０９２８２３７６）ミクロドゥル アーゲー (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１１日（２００８．４．１１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５４４５９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１２５６４６
【国際公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【出願人】（５０９２８２３７６）ミクロドゥル アーゲー (1)
【Ｆターム（参考）】
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