专利名称：振荡电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种缩短使用了振荡器的振荡电路从驱动起到振荡稳定为止的时间的振荡电路。
背景技术：
使用电池的设备一般要求省电。例如，使用电池的超声波流量计为了省电而在流量测量精确度所允许的范围内进行断续的动作。超声波流量计通过测量超声波的传播时间来求出流速，通过将该流速与配管截面面积相乘来计算出流量。在超声波的传播时间测量中使用周期固定的脉冲，对从发送超声波起到接收到超声波为止的期间内的脉冲数量进行计数，将该脉冲的数量乘以脉冲的周期来求出超声波的传播时间。在进行断续的流量测量时，当然是在停止流量测量时如果该脉冲也能够停止则能够省电。使用包括陶瓷振荡器或水晶振荡器的振荡器的振荡电路来产生使用于超声波的传播时间测量的周期固定的脉冲。然而，这些振荡器从开始动作起到产生稳定的脉冲为止需要时间，因此需要从开始测量流量之前预先启动振荡电路。为了方便，将这种振荡电路的启动称为冷启动(Cold Mart)。而且，冷启动的期间越长，越妨碍省电。因此，作为用于加快振荡电路的稳定动作的方法，存在以下一种方法使用振荡电路部和环形振荡器(Ring Oscillator)，利用环形振荡器产生被调整为频率与振荡器的振荡频率一致的脉冲，在启动初期起的某个固定的期间内对作为基本的振荡电路部提供该脉冲，来加快作为基本的振荡电路部的稳定动作(例如参照专利文献1)。在此，振荡电路部包括水晶振荡器的振荡器以及用于使振荡具有可靠性的电容器、电阻和放大器，是振荡的基本。环形振荡器包括具有温度校正功能的电流源。在此，在作为基本的振荡电路部与环形振荡器之间存在切换电路。为了方便，将这样在振荡电路部的启动初期从外部对振荡电路部提供脉冲来加快振荡电路部的启动的方法称为热启动(Hot Mart)。该方法是加快振荡电路部的启动的有效手段，但是存在以下的问题设置包括具有温度校正功能的电流源的环形振荡器等，电路结构变得复杂。另外，还存在如下的超声波流量计为了降低耗电而以间歇动作来使用产生测量超声波的传播时间的脉冲的振荡器，并具备加快该振荡器的振荡的振荡开始单元(例如参照专利文献2、。在专利文献2中记载了如下内容专利文献1的方法对于超声波的传播时间测量中所使用的脉冲的间歇动作是有效的。然而，在上述结构中，为了在振荡电路部的启动初期从外部对振荡电路部提供脉冲来加快振荡电路部的启动，设置包括具有温度校正功能的电流源的环形振荡器等，因此存在电路结构复杂的问题。专利文献1 美国专利第6819195号公报专利文献1 国际公开第2008/081610号小册子
发明内容
本发明的振荡电路构成为具备振荡器，其具有谐振频率；放大器，其与振荡器相连接；激励脉冲产生部，其产生频率与谐振频率的偏差在固定范围内的激励脉冲；切换部， 其对激励脉冲产生部与振荡器以及放大器之间的连接和不连接进行切换；以及动作指令部，其对激励脉冲产生部发出开始动作的指令信号，其中，切换部以动作指令部发出动作指令的时刻为基点，在激励脉冲产生部所产生的脉冲的一个周期、半个周期或多个周期的期间内使振荡器与激励脉冲产生部相连接。在这种结构的振荡电路中，激励脉冲产生部产生频率接近振荡器的谐振频率的激励脉冲，但是由于激励脉冲的允许频率范围变大，因此不需温度校正功能，能够利用极为简单的电路结构来实现热启动。
图1是本发明的实施方式中的振荡电路的框图。图2是上述振荡电路的振荡器和放大器的电路图。图3是上述振荡电路的输出脉冲Vout的电压波形图。图4是描绘出上述振荡电路的输出脉冲Vout的周期变化的特性图。附图标记说明1 振荡器；2 放大器；3 激励脉冲产生部；4 切换部；5 振荡电路；6 激励脉冲。
具体实施例方式下面，参照附图来说明本发明的实施方式。(实施方式)图1是本发明的实施方式的振荡电路的框图。在图1中，振荡电路5具备振荡器 1、放大器2、产生激励脉冲(Energizing Pulse)的激励脉冲产生部3以及切换部4。在此， 切换部4对激励脉冲产生部3和振荡器1、以及激励脉冲产生部3和放大器2之间的连接和非连接进行切换。另外，振荡电路5具备图1中未图示的动作指令部，动作指令部对振荡器 1、放大器2、激励脉冲产生部3、切换部4发出开始动作的指令信号。动作指令部由微计算机构成。作为振荡器1，使用水晶振荡器或陶瓷振荡器、或者附加了用于使它们稳定动作的电容器的水晶振荡器或陶瓷振荡器。与水晶振荡器相比，陶瓷振荡器的阻抗特性中的谐振的锐度(Acuity)较为缓和，因此与水晶振荡器相比更合适于本发明。无论哪种振荡器、振荡器，在其谐振频率下振荡得到的脉冲都能用于各种用途。图2是本发明的实施方式的振荡电路的振荡器和放大器的电路图。图2是示出图1 的振荡电路5的振荡器1、放大器2部分的电路图。作为振荡器1，例如使用京瓷(Kyocera) 株式会社制的陶瓷振荡器RBRC-G系列的4MHz用振荡器，作为放大器，使用东芝半导体株式会社制TC74HCU系列和TC74HC系列的放大器。图3是本发明的实施方式的振荡电路的输出脉冲Vout的电压波形图。图3示出了使用图1和图2的振荡电路5得到的输出脉冲Vout的波形。在图3中，时间0(基点) 是从动作指令部(未图示)对预先被提供电源而处于待机状态的放大器2发出开始动作的指令信号的时刻。另外，在时间0(基点)的定时，从激励脉冲产生部3向振荡器1、放大器 2提供激励脉冲。激励脉冲6由激励脉冲产生部3所提供，在图3中，该激励脉冲6的宽度是频率接近振荡器1的谐振频率(4MHz)的半个周期的宽度。当振荡器1被激励脉冲产生部3激励(energized)时开始振荡，振荡的振幅渐渐变大，在时间TO之后输出由振荡器1和放大器2发出的自激振荡的脉冲。从图3可知，在自激振荡的初期，周期近似于固定(4MHz)，但是占空比(脉冲高电平的时间与低电平的时间之比)较低，其渐渐接近50%。当利用测量机(时隙分析仪=Timing Interval Analyzer) 对可视作固定的周期也进行测量时，可知其如图4、即描绘出本发明的实施方式的振荡电路的输出脉冲Vout的周期变化的特性图那样进行变化。关于图4，以从动作指令部(未图示)向预先被提供电源而处于待机状态的放大器 2发出开始动作的指令信号的定时为基点(0)，在该定时从激励脉冲产生部3对振荡器1、放大器2提供激励脉冲。图4是取时间作为横轴、取周期相对于脉冲最终稳定的周期(4MHz振荡器，因此周期为250ns)的时间差(差量)作为纵轴、是描绘出放大器2的输出脉冲Vout 的周期变化的特性图。多条特性曲线是以所提供的激励脉冲的频率和波数作为参数的曲线。图4的“(1) 4MHz波数1 ”是在与振荡器1的谐振频率一致的激励脉冲频率下施加 1个波数(半周期)的激励脉冲的情况，在约90 μ sec后Vout脉冲的周期稳定下来。“ (2) 4MHz波数3”是在与振荡器1的谐振频率一致的激励脉冲频率下施加3个波数O. 5周期)的激励脉冲的情况，比(1)更早出现Vout脉冲的输出，但是到Vout脉冲的周期稳定为止需要约90 μ sec。“ (3) 3. 5MHz波数1，，是在偏离于振荡器1的谐振频率的激励脉冲频率下施加1个波数(半周期)的激励脉冲的情况，到Vout脉冲的周期稳定为止需要约90 μ sec。“ (4) 3. 5MHz波数3”是在偏离于振荡器1的谐振频率的激励脉冲频率下施加3个波数(2. 5周期)的激励脉冲的情况，比(3)更早出现Vout脉冲的输出，但是到Vout脉冲的周期稳定为止需要约90 μ sec。“ (5) 4. 5MHz波数1，，是在偏离于振荡器1的谐振频率的激励脉冲频率下施加1个波数(半周期)的激励脉冲的情况，到Vout脉冲的周期稳定为止需要约90 μ sec。“ (6) 4. 5MHz波数3”是在偏离于振荡器1的谐振频率的激励脉冲频率下施加3个波数(2. 5周期)的激励脉冲的情况，比(5)更早出现Vout脉冲的输出，但是到Vout脉冲的周期稳定为止需要约90 μ sec。“ (7)仅自激”是不进行激励的情况，Vout脉冲的输出最迟出现，到周期稳定为止需要约120 μ sec。由此可知，与不进行激励的情况相比，在利用激励脉冲来进行激励的情况下，到 Vout脉冲的周期稳定为止可缩短30 μ sec。并且，可知对于具有4MHz的谐振频率的振荡器1 (陶瓷振荡器)，即使激励脉冲的频率在3. 5MHz到4. 5MHz之间变化，到Vout脉冲的周期稳定为止也都需要90 μ sec不发生变化。而在改变激励脉冲的波数的情况下，与波数为 1相比，波数为3时较早出现Vout脉冲的输出，但是到Vout脉冲的周期稳定为止都需要 90 μ sec不发生变化。对于4MHz的振荡器1的谐振频率，3. 5MHz和4. 5MHz偏移了士 12. 5 %，这是激励脉冲的允许频率范围。在考虑用于产生处于允许频率范围内的激励脉冲的激励脉冲产生部 3的电路结构时，这是能够以非常简单的结构来设计该电路结构的条件。例如，在利用半导体IC来构成电路的情况下，作为4MHz的振荡器，可以考虑利用了元件的延迟的环形振荡器、或者是利用电容器C和电阻器R形成的CR振荡电路。无论是环形振荡器还是CR振荡电路，都由于士 12. 5%这种较大的允许值而几乎不需要考虑半导体、电容器以及电阻器的温度特性、以及元件偏差。因此，不需要温度校正电路以及频率调整电路，从而能够以简单的结构来实现激励脉冲产生部3。特别是在CR振荡电路中，几乎不用考虑在半导体IC内构成或温度特性较大的电阻以及电容器的偏差就能够进行使用，因此能够削减半导体IC以外的外置部件。这样，激励脉冲产生部3使用电容器和电阻来设定激励脉冲的脉冲频率或激励脉冲的脉宽，以产生频率与谐振频率的偏差在固定的允许频率范围内的脉冲(激励脉冲)。其结果是能够利用简单的电路结构来设计激励脉冲产生部3。另外，激励脉冲产生部3也可以使用环形振荡器来设定激励脉冲的脉冲频率或激励脉冲的脉宽。其结果是在半导体元件上构成振荡电路5时较为容易。另外，切换部4在振荡器的驱动初期(以上述动作指令部发出动作指令的时刻为基点，直到激励脉冲产生部3所发出的脉冲的一个周期、半个周期或多个周期为止的期间) 将振荡器与激励脉冲产生部相连接，由此不需温度校正功能就能够以极为简单的电路结构来实现热启动。另外，构成于半导体IC内的环形振荡器的频率也根据温度而变化，但是由于允许值较大，因此不需要半导体IC以外的外置部件，能够形成简单的电路。对于包括具有以上的谐振频率的振荡器的振荡电路，缩短从驱动开始到振荡稳定为止的期间的简单方法在间歇动作下使用振荡器以降低耗电，并且，其作为加快该振荡器的振荡的振动开始方法是有效的。因此，该方法也能够应用于在间歇动作下产生用于测量超声波的传播时间的每周期的脉冲的超声波流量计。产业上的可利用性如上所述，根据本发明的振荡电路，可加快振荡器的稳定振荡，因此能够用于需要振荡器间歇动作来降低耗电的用途。例如在电池驱动的超声波流量计中，即使以间歇动作使用用于测量超声波的传播时间的振荡器，如果应用本发明也能够测量正确的流量。
权利要求
1.一种振荡电路，其特征在于，具备振荡器，其具有谐振频率；放大器，其与上述振荡器相连接；激励脉冲产生部，其产生频率与上述谐振频率的偏差在固定范围内的激励脉冲；切换部，其对上述激励脉冲产生部与上述振荡器以及上述放大器之间的连接和不连接进行切换；以及动作指令部，其对上述激励脉冲产生部发出开始动作的指令信号，其中，上述切换部以上述动作指令部发出动作指令的时刻为基点，在上述激励脉冲产生部所产生的激励脉冲的一个周期、半个周期或多个周期的期间内使上述振荡器与上述激励脉冲产生部相连接。
2.根据权利要求1所述的振荡电路，其特征在于，上述振荡器使用了陶瓷振荡器。
3.根据权利要求1所述的振荡电路，其特征在于，上述激励脉冲产生部使用电容器和电阻来设定上述激励脉冲的脉冲频率或上述激励脉冲的脉宽。
4.根据权利要求1所述的振荡电路，其特征在于，上述激励脉冲产生部使用环形振荡器来设定上述激励脉冲的脉冲频率或上述激励脉冲的脉宽。
5.一种包括根据权利要求1所述的振荡电路的超声波流量计，其特征在于在超声波的传播时间测量中使用从上述振荡电路处得到的脉冲。
全文摘要
本发明是一种振荡电路，其具备振荡器，其具有谐振频率；放大器，其与振荡器相连接；激励脉冲产生部，其产生频率与谐振频率的偏差在固定范围内的激励脉冲；切换部，其对激励脉冲产生部与振荡器以及放大器之间的连接和不连接进行切换；以及动作指令部，其对激励脉冲产生部发出开始动作的指令信号，其中，切换部以动作指令部发出动作指令的时刻为基点，在直到激励脉冲产生部所发出的脉冲的一个周期、半个周期或多个周期为止的期间内使振荡器与激励脉冲产生部相连接。
文档编号H03K3/02GK102257725SQ20098015124
公开日2011年11月23日 申请日期2009年12月16日 优先权日2008年12月18日
发明者别荘大介 申请人:松下电器产业株式会社