JP4171552B2 - Temperature compensated crystal oscillator - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機などの通信機器に搭載用の温度補償型水晶発振器の構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
通信機器に搭載用の温度補償型水晶発振器とは、主に10MHz帯のATカット水晶振動子を振動源として、これになんらかの周波数調整回路を用いて温度補償回路を構成し、ATカット水晶振動子の3次曲線の温度特性を打ち消すことにより発振周波数を安定化させるものである。
【0003】
温度補償型水晶発振器にたいしては、温度変化に対する周波数の安定性のほかに、電源電圧変動にたいする周波数の安定性や、低消費電力なども要求されている。
【0004】
これらの要求を同時に満足する最も簡単な手段としては、電源電圧よりも低い電圧を出力する電圧レギュレータで、温度補償型水晶発振回路を駆動することである。
【0005】
このような従来技術における温度補償型水晶発振器の構成の1つの例を図6のブロック回路図に示す。
【0006】
図6に示すように、温度補償型水晶発振回路1を電圧レギュレータ3が駆動する。
【0007】
電圧レギュレータ3の構成は、ある基準電圧Aを1つの入力とする差動回路5と、差動回路5に帰還信号を供給し基準電圧Aと温度補償型水晶発振回路1の駆動電圧との比、すなわち増幅率を決定する直流負荷7と、温度補償型水晶発振回路1の直接の駆動部であるアクチェータ9とからなる。
さらに図6に示す例では、自励発振防止用の位相補償コンデンサ11を、アクチェータ9の出力と制御信号との間に設けているが、これは必須ではない。
【0008】
直流負荷7は、たとえば同一種類の第1の抵抗7aと第2の抵抗7bとの直列接続などで構成される。
【0009】
なお、この直流負荷7は必須の構成ではない。もし温度補償型水晶発振回路1の駆動電圧に等しい基準電圧Aを得ることができるならば、直流負荷7をなくして、アクチェータ3の出力をそのまま差動回路5の帰還信号としてよい。
【0010】
いずれにしても、電圧レギュレータ3を用いて温度補償型水晶発振回路1の駆動電圧を電源電圧よりも低くすることにより、温度補償型水晶発振器の低消費電力化と電源電圧変動に対する周波数の安定化とを達成することができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電圧レギュレータを用いて温度補償型水晶発振回路を駆動すると、電源電圧で直接温度補償型水晶発振回路を駆動する場合に比べて、位相ノイズが悪化するという課題がある。
【0012】
〔発明の目的〕
本発明の目的は、電圧レギュレータの利点を活用しつつ、しかも位相ノイズが低い温度補償型水晶発振器を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明による温度補償型水晶発振器の構成は、下記の通りとする。
【0014】
すなわち、本発明による温度補償型水晶発振器の構成は、温度補償型水晶発振回路を駆動する電圧レギュレータを有する温度補償型水晶発振器であって、前記電圧レギュレータは、前記温度補償型水晶発振回路の直接の駆動部であるアクチェータと、このアクチェータの制御電圧発生回路と、この制御電圧発生回路の出力に接続するボルテージフォロワと、このボルテージフォロワの出力と前記アクチェータの制御端子との間にあって、前記抵抗またはコイルとコンデンサとからなるローパスフィルタと、抵抗またはコイルに並列に接続するスイッチとを備え、前記スイッチは温度補償型水晶発振器の電源投入時にオン状態となるよう制御されることを特徴とする。
【0015】
あるいはまた、本発明による温度補償型水晶発振器の構成は、温度補償型水晶発振回路を電圧レギュレータが駆動する温度補償型水晶発振器であって、前記電圧レギュレータは、前記温度補償型水晶発振回路の直接の駆動部であるアクチェータと、このアクチェータの制御電圧発生回路と、この制御電圧発生回路の出力と前記アクチェータの制御端子との間にあって、抵抗またはコイルとコンデンサとからなるローパスフィルタと、前記制御電 圧発生回路の出力に接続するボルテージフォロワと、このボルテージフォロワの出力と前記アクチェータの制御端子との間に接続するスイッチとを備え、前記スイッチは温度補償型水晶発振器の電源投入時にオン状態となるよう制御されることを特徴とする。
【0016】
そして、これらの温度補償型水晶発振器において、ローパスフィルタの遮断周波数は1Hz以下であることを特徴とする。
【0017】
またさらに、これらの温度補償型水晶発振器において、抵抗またはコイルの両端を短絡可能なスイッチの浮遊容量は、ローパスフィルタを構成するコンデンサの容量値の100分の1以下であることを特徴とする。
【0018】
〔作用〕
従来の低消電型の温度補償型水晶発振器は、アクチェータや差動回路などによって電圧レギュレータを構成し、この電圧レギュレータの出力で温度補償型水晶発振回路を駆動している。
そして、この駆動電圧の定電圧性を保持する手段としては、フィードバック制御が用いられることが一般的である。
【0019】
ところで、温度補償型水晶発振回路は、長期的には安定な負荷であるが、短期的には発振の位相状態に応じて電流が脈動する特性を有している。
つまり、インピーダンスが短期的に変化するという性質を持つ負荷である。
【0020】
このような短期的変動性の負荷を従来の電圧レギュレータで駆動すると、アクチェータの出力電圧が負荷変動の影響で脈動するため、差動回路に帰還してくる信号も脈動することになる。
【0021】
このような場合、電圧レギュレータは、出力電圧を一定に保つために負荷変動を打ち消す動作を行う。
【0022】
電圧レギュレータの応答速度が充分に速くて、温度補償型水晶発振回路の周波数に追随できるならば、出力電圧は一定のまま保たれる。
【0023】
しかし、電圧レギュレータにおいてアクチェータを制御している差動回路を、10MHz帯の温度補償型水晶発振回路に追随できるほど高速にすることは、きわめて困難である。
【0024】
そのため、温度補償型水晶発振回路の10MHz帯の変動に対し、電圧レギュレータはそれよりも低い周波数で負荷変動を補償する動作を行う。
【0025】
つまり、電圧レギュレータの出力電圧を一定に保とうとする速度よりも負荷変動の方が高速であるため、出力電圧を一定に保つことができず、出力電圧は10MHz帯の変動と、これよりも低い周波数の変動とが組み合わさった特性を示すことになる。
【0026】
温度補償型水晶発振回路の発振周波数は駆動電圧によって変化するから、電圧レギュレータの出力電圧がある周波数で変化すると、温度補償型水晶発振回路の発振周波数が微妙に変調されることになる。
【0027】
この発振周波数の微妙な変調が、位相ノイズの悪化として現れるのである。
【0028】
従来技術における電圧レギュレータにおいては、差動回路の応答可能周波数は数10kHz程度である。
このような電圧レギュレータの場合、温度補償型水晶発振回路の発振周波数からの偏差が数10kHz以内の範囲に対して、位相ノイズを悪化させることになる。
【0029】
現状の携帯電話機の仕様では、発振周波数からの偏差が1Hzから100kHzの間の範囲での位相ノイズが低いことを要求しており、従来の電圧レギュレータはこの大部分の範囲の位相ノイズを悪化させていることになる。
【0030】
そこで、携帯電話機が問題視する範囲の位相ノイズの悪化を防ぐためには、電圧レギュレータの応答可能周波数を1Hz以下にすれば良い。
【0031】
この電圧レギュレータの応答可能周波数を1Hz以下にする1つの手段が、上述の本発明の構成である。
【0032】
本発明の電圧レギュレータでは、アクチェータの制御信号にローパスフィルタが挿入されており、このローパスフィルタの遮断周波数より高周波側の成分はアクチェータに伝達しない。
そこで、ローパスフィルタの遮断周波数を1Hz以下に設定すれば、電圧レギュレータの応答可能周波数が1Hz以下となる。
【0033】
したがって、携帯電話機が問題視する範囲においては、位相ノイズの悪化を防ぐことができる。
【0034】
これが、本発明の構成により、電圧レギュレータを搭載しながら位相ノイズの悪化を防止できる理由である。
【0035】
ところで、最近の多くの携帯電話機においては、待ち受け時間中の消費電力を削減するために、待ち受け時間中は温度補償型水晶発振器などを間欠駆動するという方式が採用されている。
たとえば、1秒間のうち20msecの間だけを通話検出時間として温度補償型水晶発振器などを動作させ、残りの時間はタイマーを除き電源を切るという手段になっている。
【0036】
そして、通話検出時間が短ければ短いほど、積算の消費電力の抑制が可能となることから、温度補償型水晶発振器に対して、電源投入時の立ち上がりをできるだけ速くせよという要求が強くなっている。
最近の仕様では、たとえば電源投入から3msec後における発振周波数が、所定の周波数の0.5ppm以内であることというようになっている。
【0037】
前述のように、位相ノイズの低減に有効なローパスフィルタの遮断周波数は1Hz以下であるから、ローパスフィルタが通常な状態で電源が投入されると、電圧レギュレータの出力電圧が安定するまでに1秒以上の時間がかかってしまう。
したがって、間欠駆動に対応するためには、電源投入時にローパスフィルタの動作を高速にする手段が必要である。
【0038】
ローパスフィルタの動作を高速にする手段は種々考えられるが、ローパスフィルタを通常状態に戻す際に、発振周波数が変化しないような手段でなければ意味がない。
言い換えれば、ローパスフィルタを高速状態から通常状態に変化させる際に、アクチェータの制御電圧が変化しないような手段でなければならない。
【0039】
そこで本発明においては、ローパスフィルタを構成する抵抗またはコイルの両端に並列にスイッチを設けている。
【0040】
電源投入時にこのスイッチをオン状態とすることによって、ローパスフィルタの遮断周波数は上昇し、ローパスフィルタを構成するコンデンサは高速に充電され、速やかに制御電圧に達する。この時スイッチの両端の電位は等しいから、その後このスイッチをオフ状態としても、電位の変動はない。
【0041】
ただし、スイッチの浮遊容量が大きい場合は、スイッチをオフにした時の電荷の再分布による電位の変動が無視できなくなる。
このような電位の変動による発振周波数の変動は、実用上0.1ppm以内程度としか許容できない。
【0042】
そのため、スイッチの浮遊容量の大きさは、ローパスフィルタを構成するコンデンサの容量値の100分の1以下にする必要がある。
【0043】
さらに、本発明においては、アクチェータの制御電圧発生回路とローパスフィルタとの間にボルテージフォロワを設けている。
【0044】
アクチェータの制御電圧発生回路は、消費電流の抑制や自励発振防止などの観点から、比較的高インピーダンスの回路にせざるを得ない。
一般的には、ローパスフィルタに設けるスイッチのオン抵抗よりも、制御電圧発生回路のインピーダンスの方が高くなることが多い。
【0045】
このような制御電圧発生回路によってローパスフィルタを構成するコンデンサを充電しようとすると、充電時間が長くなってしまうため、電源投入時の要求仕様を満足できなくなる。
【0046】
この問題を解決する手段の1つが、本発明によるボルテージフォロワであり、一種のインピーダンス変換回路として使用している。
【0047】
このような目的で使用するボルテージフォロワであるから、その出力インピーダンスは、ローパスフィルタに設けるスイッチのオン抵抗程度かそれ以下でなければならないことは言うまでもない。
【0048】
なお、電源投入時にローパスフィルタを構成するコンデンサを高速に充電するには、ボルテージフォロワとスイッチとの直列接続を、ローパスフィルタと並列に接続し、この並列接続を、制御電圧発生回路の出力とアクチェータの制御端子との間に挿入してもよい。
【0049】
【発明の実施の形態】
以下、図面を使用して本発明の温度補償型水晶発振器における最適な実施形態を説明する。まずはじめに、本発明の第1の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の第1の実施の形態における温度補償型水晶発振器の構成を示すブロック回路図である。
【0050】
〔第1の実施の形態の説明:図1〕
図1のブロック回路図に示すように、温度補償型水晶発振回路1を電圧レギュレータ3が駆動する。
【0051】
電圧レギュレータ3の構成は、ある基準電圧Aを1つの入力とする差動回路5と、差動回路5に帰還信号を供給する直流負荷7と、直流負荷7および温度補償型水晶発振回路1を駆動するアクチェータ9と、このアクチェータ9の制御端子に接続し抵抗13aとコンデンサ13bとからなるローパスフィルタ13と、抵抗13aに並列に接続するスイッチ15と、差動回路5とローパスフィルタ13との間に接続するボルテージフォロワ17とからなる。
【0052】
直流負荷7は、同一種類の第1の抵抗7aと第2の抵抗7bとの直列接続などで構成する。
【0053】
この実施形態においては、差動回路5がアクチェータ9の制御電圧発生回路である。
【0054】
一般に、電圧レギュレータの出力電圧を設定値からずらす要因には、電源電圧変動やデバイス特性の製造ばらつきや負荷変動などがある。
そして、これらの変動要因に対処する手段が、アクチェータの出力またはその分圧を差動回路に帰還する、いわゆるフィードバック制御である。
【0055】
図1に示す電圧レギュレータ3では、アクチェータ9の出力の分圧が、直流負荷7から差動回路5に帰還する。つまり、アクチェータ9と直流負荷7とは、フィードバックループを構成する。
【0056】
このフィードバックの働きにより、電源電圧の変動やデバイス特性の製造ばらつきや負荷変動によらず、アクチェータ9の出力は、基準電圧Aの定数倍の一定値を保つことができる。
このような構成は、図6に示す従来技術と同様である。
【0057】
さて、アクチェータ9は、短期的変動性の負荷である温度補償型水晶発振回路1を駆動するから、負荷変動の影響により駆動電圧が脈動することになる。
【0058】
そのため、直流負荷7から差動回路5にフィードバックされる帰還信号も脈動するから、差動回路5の動作点が変動することになる。
差動回路5の動作が充分に高速であれば、帰還信号の脈動に追随して動作できるから、動作点の変動周波数は、温度補償型水晶発振回路1の発振周波数に一致する。
【0059】
しかしながら、差動回路5の動作があまり高速になると、電圧レギュレータ3が自励発振してしまうので、通常は作動回路5を流れる電流を減らすなどの手段によって、差動回路5が高速に動作しないようにしなければならない。
【0060】
そのため、差動回路5は帰還信号の脈動に追随できず、アクチェータ9への制御信号の変動の最大周波数は、帰還信号の脈動の周波数すなわち温度補償型水晶発振回路1の発振周波数よりも低くなる。通常は数10kHz程度である。
【0061】
図6に示す従来例においては、このような周波数で変動する制御信号によりアクチェータ9を直接制御するため、温度補償型水晶発振回路1の発振周波数と異なる周波数で駆動電圧が変動し、発振周波数からの偏差が数10kHz以内の範囲における位相ノイズの悪化を引き起こすのである。
【0062】
これに対して、図1に示す本発明においては、差動回路5からの制御信号を直接アクチェータ9に接続するのではなく、ローパスフィルタ13を通す構成にしている。この構成により、アクチェータ9の制御信号の変動周波数成分は、ローパスフィルタ13の遮断周波数以下になる。
【0063】
その結果、電圧レギュレータ3による位相ノイズの悪化は、温度補償型水晶発振回路1の発振周波数からの偏差がローパスフィルタ13の遮断周波数以下の範囲に限られ、これよりも偏差が大きい範囲の位相ノイズは、温度補償型水晶発振回路1を電源電圧で直接駆動する場合の位相ノイズと同等になる。
【0064】
現状の携帯電話機における仕様は、発振周波数からの偏差が1Hzから100kHzの間の範囲における位相ノイズが低いことを要求しているから、ローパスフィルタ13の遮断周波数を1Hz以下に設定すれば、電圧レギュレータ3を使用する温度補償型水晶発振器であっても、この要求を満足することができる。
このような電圧レギュレータ3を使用することによる位相ノイズの悪化は、発振周波数からの偏差が1Hz以下の範囲であり、問題とはならない。
【0065】
以上のように、本発明の構成によれば、低消費電力化や電源電圧変動対策のために電圧レギュレータを使用した場合であっても、要求される偏差範囲における位相ノイズの悪化がない温度補償型水晶発振器を提供することができる。
【0066】
さて、最近の携帯電話機の多くは、待ち受け時間帯での消費電力を削減するために、通話検出に要する時間だけ温度補償型水晶発振器などを動作させ、タイマーを除きほとんどの時間は各回路に供給する電源を切るという間欠駆動の仕様になっている。
このため、温度補償型水晶発振器は、電源投入後3msec程度の時間内に、所定の周波数で発振が起動するよう要求されている。
【0067】
したがって、本発明のように遮断周波数が1Hz以下であるローパスフィルタをそのまま用いる場合は、周波数が所定の値に達するまでに少なくとも1sec以上かかるから、要求を満足するためには電源投入時に動作を加速する手段が必要である。
図1に示すスイッチ15は、その手段の1つである。
【0068】
すなわち、スイッチ15がオン状態であれば、ローパスフィルタ13の遮断周波数は、スイッチ15のオン抵抗とコンデンサ13aの容量値との積で決まる。
したがって、スイッチ15のオン抵抗が充分低くなるように設定し、かつ電源投入時にスイッチ15がオン状態となるようにすることにより、発振周波数を所定の値に速やかに立ち上げることができる。
【0069】
たとえば、コンデンサ13aの容量値が0.01μFならば、スイッチ15のオン抵抗を10kΩ程度かそれ以下にすれば、時定数は100μsec以下となって、電源投入後2msec以内にほぼ完全に所定の周波数に達する。
【0070】
以上の議論は、差動回路5の電流供給能力が充分に高い、言い換えれば、差動回路5のインピーダンスがスイッチ15のオン抵抗に比べて充分に低いことを前提としている。
【0071】
しかしながら、消費電力の制約から差動回路5のインピーダンスを100kΩ以下にすることはできない。また、差動回路5のインピーダンスを低くすると、自励発振してしまう危険性が高くなる。
【0072】
このため、差動回路5を直接ローパスフィルタ13に接続した場合には、スイッチ15のオン抵抗よりもインピーダンスが高い回路でコンデンサ13bを充電することになり、電源投入時に発振周波数を所定の値に速やかに立ち上げることが困難になる。
【0073】
このような問題を解決する手段の1つが、図1に示すボルテージフォロワ17である。
【0074】
ボルテージフォロワ17は入力と出力との電圧値が等しく、しかも出力インピーダンスを低くすることは容易に可能である。
したがって、充分に低い出力インピーダンスを有するボルテージフォロワ17を用いることにより、電源投入時の起動の速さは、スイッチ15のオン抵抗とコンデンサ13aの容量値との積のみでほぼ決まるようにすることができる。
【0075】
以上のように、本発明の構成によれば、遮断周波数が1Hz以下であるローパスフィルタ13を用いた場合であっても、電源投入後に速やかに発振周波数を所定の値にすることができる。
【0076】
ところで、温度補償型水晶発振器を半導体集積回路で構成する場合には、スイッチ15はCMOSトランジスタなどで構成することになり、一般的には浮遊容量を0にすることはできない。
したがって、スイッチ15のオンオフにともない浮遊容量への充放電が起こるから、電荷の移動が発生することは避けられない。
【0077】
このような電荷の移動は、アクチェータ9の制御電圧をわずかながら変動させて、それにより発振周波数もわずかに変動させることになる。
その変動量が許容範囲内にとどまるように、スイッチ15の浮遊容量を制御しなければならない。
【0078】
実デバイスによる詳細な調査によれば、スイッチ15の浮遊容量をコンデンサ13aの容量値の100分の1以下にすれば、周波数の変動量を0.1ppm以内にすることができる。この値は充分に許容範囲内である。
【0079】
なお、スイッチ15の浮遊容量をコンデンサ13aの容量値の100分の1以下にすることは容易である。たとえば、前述のように、コンデンサ13aの容量値が0.01μFならば、スイッチ15のオン抵抗は10kΩ程度かそれ以下であればよいが、オン抵抗が10kΩ程度のCMOSトランジスタスイッチは、1〜2pF以下の浮遊容量で容易に形成可能であり、この値はコンデンサ13aの容量値の1000分の1以下であるから、100分の1以下という条件を満足している。
【0080】
つぎに、本発明の温度補償型水晶発振器で用いるローパスフィルタ13の構成について説明する。
【0081】
図1に示す例では、抵抗13aとコンデンサ13bとでローパスフィルタを構成しており、それぞれの値をR(Ω)、C(F)とすれば、遮断周波数は1/2πRCとなるから、これが1Hz以下になるように、それぞれの値を選択すればよい。
たとえば、抵抗13aを100MΩ、コンデンサ13bを0.01μF程度とすればよい。もちろん、遮断周波数をもっと低くすることは何ら差し支えない。
【0082】
本発明で用いるローパスフィルタは、図1に示すように、受動デバイスのみで構成する受動フィルタでなければならず、能動デバイスを用いるアクティブフィルタであってはならない。
【0083】
なぜならば、アクティブフィルタはフィードバック制御によってその性能が発揮されるように構成されており、基本的には従来例の電圧レギュレータと同様のノイズ成分を有するからである。
つまり、ノイズ成分を除去するためのローパスフィルタ自身が、ノイズ成分を出してしまうということである。
【0084】
受動デバイスには抵抗とコンデンサのほかにコイルがあり、抵抗13aをコイルで置き換えることは何ら差し支えない。
【0085】
つぎに、本発明の第2の実施の形態を説明する。図2は、本発明の第2の実施の形態における温度補償型水晶発振器の構成を示すブロック回路図である。
【0086】
〔第2の実施の形態の説明:図2〕
図2のブロック回路図に示すように、温度補償型水晶発振回路1を電圧レギュレータ3が駆動する。
【0087】
電圧レギュレータ3の構成は、ある基準電圧Aを1つの入力とする差動回路5と、差動回路5に帰還信号を供給する直流負荷7と、差動回路5の制御下にあって直流負荷7を駆動する第1のアクチェータ9aと、温度補償型水晶発振回路1を駆動する第2のアクチェータ9bと、この第2のアクチェータ9bの制御端子に接続し抵抗13aとコンデンサ13bとからなるローパスフィルタ13と、抵抗13aの両端に並列に接続するスイッチ15と、第1のアクチェータ9aの制御端子とローパスフィルタ13との間に接続するボルテージフォロワ17と、第1のアクチェータ9aの制御端子と出力端子とに接続する位相補償コンデンサ11とからなる。
【0088】
直流負荷7は、同一種類の第1の抵抗7aと第2の抵抗7bとの直列接続などで構成する。また、ローパスフィルタ13は受動素子のみで構成し、たとえば高抵抗13aとコンデンサ13bとで構成する。これらの構成は、図1に示す第1の実施の形態と同様である。
【0089】
図2に示す第1のアクチェータ9aと第2のアクチェータ9bとは、同一種類のデバイスで構成するものとする。
【0090】
この例では、差動回路5と直流不可7と第1のアクチェータ9aと位相補償コンデンサ11とが、第2のアクチェータ9bの制御電圧発生回路である。
なお、位相補償コンデンサ11は必須ではない。
【0091】
図2に示す例では、温度補償型水晶発振回路1とそれを駆動する第2のアクチェータ9bとは、フィードバックループの外にあり、第2のアクチェータ9bは第1のアクチェータ9aの制御信号を一方的に受け取るだけであるから、ローパスフィルタ13は必要がないようにみえる。
【0092】
しかし、温度補償型水晶発振回路1は、第2のアクチェータ9bの駆動電圧のみでなく、電源電圧にも変動を及ぼすため、結果的に差動回路5にフィードバックする帰還信号を変動させてしまう。
そのため、第1のアクチェータ9aの制御信号には、位相ノイズを悪化させる変動が重畳されてしまうのである。
【0093】
このような場合でも、ローパスフィルタ13の遮断周波数を1Hz以下にすれば、携帯電話機が要求する周波数偏差範囲内での位相ノイズの悪化を防ぐことができる。
【0094】
なお、スイッチ15およびボルテージフォロワ17を設ける理由は、図1に示す第1の実施の形態と同様であり、詳しい説明は省略する。
【0095】
図2に示す第2の実施の形態のように、ローパスフィルタ13をフィードバックループの外に設ける構成の方が、フィードバックループの中に設けるよりもフィルタ効果が大きい。
【0096】
つぎに、本発明の第3の実施の形態を説明する。図3は、本発明の第3の実施の形態における温度補償型水晶発振器の構成を示すブロック回路図である。
【0097】
〔第3の実施の形態の説明:図3〕
図3のブロック回路図に示すように、温度補償型水晶発振回路1を電圧レギュレータ3が駆動する。
【0098】
電圧レギュレータ3の構成は、定電流負荷19を駆動しダイオード接続構成の第1のアクチェータ9aと、温度補償型水晶発振回路1を駆動する第2のアクチェータ9bと、この第2のアクチェータ9bの制御端子に接続し抵抗13aとコンデンサ13bとからなるローパスフィルタ13と、抵抗13aの両端に並列に接続するスイッチ15と、第1のアクチェータ9aの制御端子とローパスフィルタ13との間に接続するボルテージフォロワ17とからなる。
【0099】
第1のアクチェータ9aの出力電圧は、ある一定以上の電源電圧のもとでは、ほぼ一定値となり、これがアクチェータ9bの制御電圧である。したがって、第3の実施の形態は第2のアクチェータ9bを定電圧で制御する構成であり、この定電圧に変動がない限り、ローパスフィルタ13は不要である。
【0100】
しかし、温度補償型水晶発振回路1が電源電圧を変動させる結果、第1のアクチェータ9aの出力電圧も変動するから、この出力電圧で直接第2のアクチェータ9bを制御すると、やはり位相ノイズが悪化してしまう。
【0101】
このような場合でも、ローパスフィルタ13によって第1のアクチェータ9aの出力電圧から高周波成分を除去することにより、位相ノイズの悪化を防止できる。
【0102】
図3に示す第3の実施の形態の場合は、制御電圧発生回路に自励発振の危険性はないが、消費電力の抑制のために定電流負荷19の電流値を制限せざるを得ないので、スイッチ15のオン抵抗よりもインピーダンスが高くなってしまう。
【0103】
したがって、電源投入時の高速動作のために、ボルテージフォロワ17を設ける必要があることは、第1の実施の形態と同様である。
【0104】
つぎに、本発明の第4の実施の形態を説明する。図4は、本発明の第4の実施の形態における温度補償型水晶発振器の構成を示すブロック回路図である。
【0105】
〔第4の実施の形態の説明:図4〕
図4のブロック回路図に示すように、温度補償型水晶発振回路1を電圧レギュレータ3が駆動する。
【0106】
電圧レギュレータ3の構成は、ある基準電圧Aを1つの入力とする差動回路5と、差動回路5に帰還信号を供給する直流負荷7と、直流負荷7および温度補償型水晶発振回路1を駆動するアクチェータ9と、差動回路5の出力とアクチェータ9の制御端子との間に接続し抵抗13aとコンデンサ13bとからなるローパスフィルタ13と、差動回路5の出力に接続するボルテージフォロワ17と、ボルテージフォロワ17の出力とアクチェータ9の制御端子との間に接続するスイッチ15とからなる。
【0107】
直流負荷7は、同一種類の第1の抵抗7aと第2の抵抗7bとの直列接続などで構成する。
【0108】
この実施形態においては、差動回路5がアクチェータ9の制御電圧発生回路である。
【0109】
図4に示す第4の実施の形態と、図1に示す第1の実施の形態との差異は、基本的にはローパスフィルタ13を構成する抵抗13aの一方の端子の接続先が、ボルテージフォロワ17の入力か出力かという違いである。
【0110】
いずれの場合も、電源投入時はボルテージフォロワ17がスイッチ15を通してコンデンサ13bを高速に充電するから、ボルテージフォロワ17にオフセットがなければ、どちらの構成でも同じ動作になる。
【0111】
なお、第2の実施の形態、あるいは第3の実施の形態の場合にも、抵抗13aの一方の端子の接続先をボルテージフォロワ17の入力にするという構成が可能であるが、その詳細は省略する。
【0112】
つぎに、本発明の構成による位相ノイズの改善度合について説明する。
図5は、本発明の温度補償型水晶発振器の位相ノイズと、従来構成の温度補償型水晶発振器の位相ノイズとの実測値を示すグラフである。
【0113】
〔位相ノイズの説明:図5〕
位相ノイズのグラフは、線が下にあればあるほど位相ノイズが低いことを表している。
【0114】
図5から明らかなように、従来構成の温度補償型水晶発振器の位相ノイズと比較して、本発明の構成による温度補償型水晶発振器の位相ノイズはかなり低くなっている。
【0115】
以上のように実施の形態に基づき本発明を具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【0116】
たとえば、上記の実施の形態においては、差動回路やアクチェータはMOSトランジスタで構成しているが、ジャンクションFETで構成してもよい。
【0117】
また、ローパスフィルタは1段の抵抗とコンデンサとで構成しているが、複数段の抵抗とコンデンサとで構成してもよい。
【0118】
【発明の効果】
以上の説明ように本発明の温度補償型水晶発振器においては、電源投入時の動作加速手段を有するローパスフィルタを備え、このローパスフィルタによって応答周波数を低くした電圧レギュレータで温度補償型水晶発振回路を駆動する構成とすることにより、起動が速く低消費電力でありながら位相ノイズの悪化防止が可能な温度補償型水晶発振器を提供することができる。
【0119】
したがって、とくに携帯電話機搭載用の温度補償型水晶発振器に本発明を適用するならば、その効果はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態における温度補償型水晶発振器の構成を示すブロック回路図である。
【図2】 本発明の第2の実施の形態における温度補償型水晶発振器の構成を示すブロック回路図である。
【図3】 本発明の第3の実施の形態における温度補償型水晶発振器の構成を示すブロック回路図である。
【図4】 本発明の第4の実施の形態における温度補償型水晶発振器の構成を示すブロック回路図である。
【図5】 本発明の実施の形態における温度補償型水晶発振器と、従来構成の温度補償型水晶発振器との位相ノイズの比較の一例を示すグラフである。
【図6】 従来技術における温度補償型水晶発振器の構成を示すブロック回路図である。
【符号の説明】
1:温度補償型水晶発振回路 3:電圧レギュレータ
5:差動回路 7:直流負荷
9:アクチェータ 13:ローパスフィルタ
15:スイッチ 17:ボルテージフォロワ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a configuration of a temperature compensated crystal oscillator for use in a communication device such as a mobile phone.
[0002]
[Prior art]
  A temperature-compensated crystal oscillator for use in communication equipment is mainly composed of a 10 MHz-band AT-cut crystal resonator as a vibration source, and a frequency compensation circuit is used for this to form an AT-cut crystal resonator. The oscillation frequency is stabilized by canceling the temperature characteristic of the cubic curve.
[0003]
  A temperature-compensated crystal oscillator is required to have frequency stability against power supply voltage fluctuation, low power consumption, etc. in addition to frequency stability against temperature change.
[0004]
  The simplest means to satisfy these requirements simultaneously is to drive the temperature compensated crystal oscillation circuit with a voltage regulator that outputs a voltage lower than the power supply voltage.
[0005]
  One example of the configuration of such a temperature compensated crystal oscillator in the prior art is shown in the block circuit diagram of FIG.
[0006]
  As shown in FIG. 6, the voltage regulator 3 drives the temperature compensated crystal oscillation circuit 1.
[0007]
  The configuration of the voltage regulator 3 includes a differential circuit 5 having a certain reference voltage A as one input, and a ratio between the reference voltage A and the drive voltage of the temperature compensated crystal oscillation circuit 1 by supplying a feedback signal to the differential circuit 5. That is, it comprises a DC load 7 for determining an amplification factor and an actuator 9 which is a direct drive unit of the temperature compensated crystal oscillation circuit 1.
  Furthermore, in the example shown in FIG. 6, the phase compensation capacitor 11 for preventing self-excited oscillation is provided between the output of the actuator 9 and the control signal, but this is not essential.
[0008]
  The DC load 7 is constituted by, for example, a series connection of a first resistor 7a and a second resistor 7b of the same type.
[0009]
  The DC load 7 is not an essential configuration. If the reference voltage A equal to the drive voltage of the temperature compensated crystal oscillation circuit 1 can be obtained, the DC load 7 can be eliminated and the output of the actuator 3 can be used as the feedback signal of the differential circuit 5 as it is.
[0010]
  In any case, by using the voltage regulator 3 to lower the drive voltage of the temperature compensated crystal oscillation circuit 1 below the power supply voltage, the power consumption of the temperature compensated crystal oscillator is reduced and the frequency is stabilized against fluctuations in the power supply voltage. And can be achieved.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
  However, driving a temperature-compensated crystal oscillation circuit using a voltage regulator has a problem that phase noise is worse than when driving a temperature-compensated crystal oscillation circuit directly with a power supply voltage.
[0012]
    (Object of invention)
  An object of the present invention is to provide a temperature compensated crystal oscillator that utilizes the advantages of a voltage regulator and has low phase noise.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the configuration of the temperature compensated crystal oscillator according to the present invention is as follows.
[0014]
  That is, the configuration of the temperature compensated crystal oscillator according to the present invention is a temperature compensated crystal oscillator having a voltage regulator that drives a temperature compensated crystal oscillation circuit,The voltage regulator includes an actuator that is a direct drive unit of the temperature compensated crystal oscillation circuit, a control voltage generation circuit of the actuator, a voltage follower connected to an output of the control voltage generation circuit, and an output of the voltage follower And a switch connected in parallel with the resistor or coil, and the switch is turned on when the temperature-compensated crystal oscillator is turned on. Controlled to be in a stateIt is characterized by that.
[0015]
  Alternatively, the configuration of the temperature compensated crystal oscillator according to the present invention is a temperature compensated crystal oscillator in which a voltage regulator drives a temperature compensated crystal oscillation circuit,The voltage regulator includes an actuator that is a direct drive unit of the temperature-compensated crystal oscillation circuit, a control voltage generation circuit of the actuator, an output of the control voltage generation circuit, and a control terminal of the actuator. Alternatively, a low-pass filter comprising a coil and a capacitor, and the control power A voltage follower connected to the output of the pressure generating circuit; and a switch connected between the output of the voltage follower and the control terminal of the actuator, and the switch is turned on when the temperature-compensated crystal oscillator is turned on. Controlled asIt is characterized by that.
[0016]
  In these temperature compensated crystal oscillators, the cutoff frequency of the low-pass filter is 1 Hz or less.
[0017]
  Furthermore, in these temperature compensated crystal oscillators, the stray capacitance of a switch capable of short-circuiting both ends of the resistor or the coil is 1/100 or less of the capacitance value of the capacitor constituting the low-pass filter.
[0018]
    [Action]
  A conventional low power consumption type temperature compensated crystal oscillator forms a voltage regulator with an actuator, a differential circuit, and the like, and drives the temperature compensated crystal oscillation circuit with the output of the voltage regulator.
  As a means for maintaining the constant voltage characteristic of the drive voltage, feedback control is generally used.
[0019]
  By the way, the temperature-compensated crystal oscillation circuit is a stable load in the long term, but has a characteristic that current pulsates in accordance with the phase state of oscillation in the short term.
  That is, it is a load having the property that the impedance changes in the short term.
[0020]
  When such a short-term variability load is driven by a conventional voltage regulator, the output voltage of the actuator pulsates due to the influence of the load variation, so that the signal fed back to the differential circuit also pulsates.
[0021]
  In such a case, the voltage regulator performs an operation of canceling the load fluctuation in order to keep the output voltage constant.
[0022]
  If the response speed of the voltage regulator is fast enough to follow the frequency of the temperature compensated crystal oscillation circuit, the output voltage is kept constant.
[0023]
  However, it is extremely difficult to make the differential circuit that controls the actuator in the voltage regulator fast enough to follow the temperature compensated crystal oscillation circuit in the 10 MHz band.
[0024]
  For this reason, the voltage regulator performs an operation for compensating for the load fluctuation at a lower frequency than the fluctuation in the 10 MHz band of the temperature compensated crystal oscillation circuit.
[0025]
  In other words, since the load fluctuation is faster than the speed at which the output voltage of the voltage regulator is kept constant, the output voltage cannot be kept constant, and the output voltage is lower than the fluctuation in the 10 MHz band. The characteristic combined with the variation of the frequency is shown.
[0026]
  Since the oscillation frequency of the temperature compensated crystal oscillation circuit varies depending on the drive voltage, if the output voltage of the voltage regulator varies at a certain frequency, the oscillation frequency of the temperature compensated crystal oscillation circuit is delicately modulated.
[0027]
  This subtle modulation of the oscillation frequency appears as a deterioration of phase noise.
[0028]
  In the voltage regulator in the prior art, the response possible frequency of the differential circuit is about several tens of kHz.
  In the case of such a voltage regulator, the phase noise is worsened with respect to a range where the deviation from the oscillation frequency of the temperature compensated crystal oscillation circuit is within several tens of kHz.
[0029]
  Current cellular phone specifications require low phase noise in the range of 1 Hz to 100 kHz deviation from the oscillation frequency, and conventional voltage regulators exacerbate this large range of phase noise. Will be.
[0030]
  Therefore, in order to prevent the deterioration of the phase noise in a range that is regarded as a problem by the mobile phone, the response frequency of the voltage regulator may be set to 1 Hz or less.
[0031]
  One means for reducing the response frequency of the voltage regulator to 1 Hz or less is the configuration of the present invention described above.
[0032]
  In the voltage regulator of the present invention, a low-pass filter is inserted in the control signal of the actuator, and components on the higher frequency side than the cutoff frequency of the low-pass filter are not transmitted to the actuator.
  Therefore, if the cut-off frequency of the low-pass filter is set to 1 Hz or less, the response frequency of the voltage regulator becomes 1 Hz or less.
[0033]
  Therefore, it is possible to prevent the phase noise from deteriorating in a range that the mobile phone considers problematic.
[0034]
  This is the reason why the configuration of the present invention can prevent deterioration of phase noise while mounting a voltage regulator.
[0035]
  By the way, in many recent mobile phones, a method of intermittently driving a temperature-compensated crystal oscillator or the like during the standby time is employed in order to reduce power consumption during the standby time.
  For example, a temperature-compensated crystal oscillator or the like is operated only for 20 msec in one second, and the power is turned off except for the timer for the remaining time.
[0036]
  As the call detection time is shorter, the integrated power consumption can be suppressed. Therefore, there is a strong demand for a temperature-compensated crystal oscillator to make the start-up as fast as possible.
  In recent specifications, for example, the oscillation frequency after 3 msec from power-on is within 0.5 ppm of the predetermined frequency.
[0037]
  As described above, since the cutoff frequency of the low-pass filter effective for reducing phase noise is 1 Hz or less, when the power is turned on while the low-pass filter is in a normal state, it takes 1 second until the output voltage of the voltage regulator stabilizes. It takes more time.
  Therefore, in order to cope with intermittent driving, means for speeding up the operation of the low-pass filter at the time of turning on the power is necessary.
[0038]
  Various means for speeding up the operation of the low-pass filter are conceivable, but it is meaningless unless the oscillation frequency changes when the low-pass filter is returned to the normal state.
  In other words, when the low-pass filter is changed from the high speed state to the normal state, the control voltage of the actuator must not be changed.
[0039]
  Therefore, in the present invention, a switch is provided in parallel at both ends of the resistor or coil constituting the low-pass filter.
[0040]
  By turning on this switch when the power is turned on, the cutoff frequency of the low-pass filter increases, the capacitor constituting the low-pass filter is charged at high speed, and quickly reaches the control voltage. At this time, since the potentials at both ends of the switch are equal, there is no potential fluctuation even if the switch is turned off thereafter.
[0041]
  However, when the stray capacitance of the switch is large, potential fluctuation due to charge redistribution when the switch is turned off cannot be ignored.
  Such a variation in oscillation frequency due to a variation in potential is practically allowed to be within about 0.1 ppm.
[0042]
  Therefore, the stray capacitance of the switch needs to be 1/100 or less of the capacitance value of the capacitor constituting the low-pass filter.
[0043]
  Furthermore, in the present invention, a voltage follower is provided between the control voltage generation circuit of the actuator and the low pass filter.
[0044]
  The control voltage generation circuit of the actuator must be a relatively high impedance circuit from the viewpoint of suppressing current consumption and preventing self-excited oscillation.
  In general, the impedance of the control voltage generation circuit is often higher than the on-resistance of a switch provided in the low-pass filter.
[0045]
  If an attempt is made to charge the capacitor constituting the low-pass filter by such a control voltage generation circuit, the charging time will be long, and the required specifications at the time of power-on cannot be satisfied.
[0046]
  One means for solving this problem is the voltage follower according to the present invention, which is used as a kind of impedance conversion circuit.
[0047]
  Since it is a voltage follower used for such a purpose, it goes without saying that its output impedance must be about the on-resistance of a switch provided in the low-pass filter or less.
[0048]
  In order to charge the capacitor constituting the low-pass filter at high speed when the power is turned on, a series connection of the voltage follower and the switch is connected in parallel with the low-pass filter, and this parallel connection is connected to the output of the control voltage generation circuit and the actuator. You may insert between these control terminals.
[0049]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  In the following, an optimum embodiment of the temperature compensated crystal oscillator of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described.
  FIG. 1 is a block circuit diagram showing a configuration of a temperature-compensated crystal oscillator according to the first embodiment of the present invention.
[0050]
    [Description of First Embodiment: FIG. 1]
  As shown in the block circuit diagram of FIG. 1, the voltage regulator 3 drives the temperature compensated crystal oscillation circuit 1.
[0051]
  The voltage regulator 3 includes a differential circuit 5 having a certain reference voltage A as one input, a DC load 7 for supplying a feedback signal to the differential circuit 5, a DC load 7 and a temperature compensated crystal oscillation circuit 1. Between the actuator 9 to be driven, the low-pass filter 13 connected to the control terminal of the actuator 9 and composed of a resistor 13a and a capacitor 13b, the switch 15 connected in parallel to the resistor 13a, and the differential circuit 5 and the low-pass filter 13 And a voltage follower 17 connected to the.
[0052]
  The DC load 7 is constituted by a series connection of a first resistor 7a and a second resistor 7b of the same type.
[0053]
  In this embodiment, the differential circuit 5 is a control voltage generation circuit of the actuator 9.
[0054]
  In general, factors that cause the output voltage of the voltage regulator to deviate from a set value include power supply voltage fluctuations, device characteristic manufacturing variations, and load fluctuations.
  A means for dealing with these fluctuation factors is so-called feedback control in which the output of the actuator or its divided voltage is fed back to the differential circuit.
[0055]
  In the voltage regulator 3 shown in FIG. 1, the divided voltage of the output of the actuator 9 is fed back from the DC load 7 to the differential circuit 5. That is, the actuator 9 and the DC load 7 constitute a feedback loop.
[0056]
  By this feedback function, the output of the actuator 9 can be maintained at a constant value that is a constant multiple of the reference voltage A, regardless of variations in power supply voltage, device characteristics, and load variations.
  Such a configuration is the same as that of the prior art shown in FIG.
[0057]
  Now, since the actuator 9 drives the temperature compensated crystal oscillation circuit 1 which is a short-term variable load, the drive voltage pulsates due to the influence of the load fluctuation.
[0058]
  Therefore, the feedback signal fed back from the DC load 7 to the differential circuit 5 also pulsates, and the operating point of the differential circuit 5 varies.
  If the operation of the differential circuit 5 is sufficiently high, it can operate following the pulsation of the feedback signal, so that the fluctuation frequency of the operating point matches the oscillation frequency of the temperature compensated crystal oscillation circuit 1.
[0059]
  However, if the operation of the differential circuit 5 becomes too fast, the voltage regulator 3 will self-oscillate. Therefore, the differential circuit 5 usually does not operate at high speed by means such as reducing the current flowing through the operating circuit 5. Must do so.
[0060]
  Therefore, the differential circuit 5 cannot follow the pulsation of the feedback signal, and the maximum frequency of fluctuation of the control signal to the actuator 9 is lower than the pulsation frequency of the feedback signal, that is, the oscillation frequency of the temperature compensated crystal oscillation circuit 1. . Usually, it is about several tens of kHz.
[0061]
  In the conventional example shown in FIG. 6, since the actuator 9 is directly controlled by a control signal that varies at such a frequency, the drive voltage varies at a frequency different from the oscillation frequency of the temperature compensated crystal oscillation circuit 1, and This causes the phase noise to deteriorate within a range of several tens of kHz.
[0062]
  On the other hand, in the present invention shown in FIG. 1, the control signal from the differential circuit 5 is not directly connected to the actuator 9, but is passed through the low-pass filter 13. With this configuration, the fluctuation frequency component of the control signal of the actuator 9 is equal to or lower than the cutoff frequency of the low-pass filter 13.
[0063]
  As a result, the deterioration of the phase noise due to the voltage regulator 3 is limited to the range where the deviation from the oscillation frequency of the temperature-compensated crystal oscillation circuit 1 is not more than the cutoff frequency of the low-pass filter 13, and the phase noise in a range where the deviation is larger than this. Is equivalent to the phase noise when the temperature-compensated crystal oscillation circuit 1 is directly driven by the power supply voltage.
[0064]
  Since the specifications of the current mobile phone require that the phase noise in the range between 1 Hz and 100 kHz is a deviation from the oscillation frequency, the voltage regulator can be set by setting the cutoff frequency of the low-pass filter 13 to 1 Hz or less. Even a temperature compensated crystal oscillator using 3 can satisfy this requirement.
  The deterioration of the phase noise due to the use of the voltage regulator 3 is not a problem because the deviation from the oscillation frequency is in a range of 1 Hz or less.
[0065]
  As described above, according to the configuration of the present invention, even when a voltage regulator is used for reducing power consumption and countermeasures against power supply voltage fluctuations, temperature compensation does not cause deterioration of phase noise in a required deviation range. Type crystal oscillator can be provided.
[0066]
  Many modern mobile phones operate a temperature-compensated crystal oscillator for the time required to detect a call in order to reduce power consumption during the standby time, and supply most of the time to each circuit except for the timer. The intermittent drive specification is to turn off the power.
  For this reason, the temperature-compensated crystal oscillator is required to start oscillating at a predetermined frequency within a time of about 3 msec after the power is turned on.
[0067]
  Therefore, when using a low-pass filter with a cut-off frequency of 1 Hz or less as in the present invention, it takes at least 1 sec for the frequency to reach a predetermined value. A means to do is necessary.
  The switch 15 shown in FIG. 1 is one of the means.
[0068]
  That is, if the switch 15 is in the ON state, the cutoff frequency of the low-pass filter 13 is determined by the product of the ON resistance of the switch 15 and the capacitance value of the capacitor 13a.
  Accordingly, by setting the on-resistance of the switch 15 to be sufficiently low and turning on the switch 15 when the power is turned on, the oscillation frequency can be quickly raised to a predetermined value.
[0069]
  For example, if the capacitance value of the capacitor 13a is 0.01 μF, if the on-resistance of the switch 15 is set to about 10 kΩ or less, the time constant becomes 100 μsec or less, and the frequency is almost completely within 2 msec after the power is turned on. To reach.
[0070]
  The above discussion is based on the assumption that the current supply capability of the differential circuit 5 is sufficiently high, in other words, the impedance of the differential circuit 5 is sufficiently lower than the on-resistance of the switch 15.
[0071]
  However, the impedance of the differential circuit 5 cannot be made 100 kΩ or less due to power consumption restrictions. Moreover, if the impedance of the differential circuit 5 is lowered, the risk of self-oscillation increases.
[0072]
  For this reason, when the differential circuit 5 is directly connected to the low-pass filter 13, the capacitor 13b is charged by a circuit having a higher impedance than the on-resistance of the switch 15, and the oscillation frequency is set to a predetermined value when the power is turned on. It becomes difficult to start up promptly.
[0073]
  One means for solving such a problem is a voltage follower 17 shown in FIG.
[0074]
  In the voltage follower 17, the voltage values of the input and the output are equal, and the output impedance can be easily reduced.
  Therefore, by using the voltage follower 17 having a sufficiently low output impedance, the start-up speed when the power is turned on can be substantially determined only by the product of the on-resistance of the switch 15 and the capacitance value of the capacitor 13a. it can.
[0075]
  As described above, according to the configuration of the present invention, even when the low-pass filter 13 having a cutoff frequency of 1 Hz or less is used, the oscillation frequency can be quickly set to a predetermined value after the power is turned on.
[0076]
  By the way, when the temperature compensated crystal oscillator is constituted by a semiconductor integrated circuit, the switch 15 is constituted by a CMOS transistor or the like, and generally the stray capacitance cannot be made zero.
  Therefore, charge and discharge to the stray capacitance occurs as the switch 15 is turned on and off, so that it is inevitable that charge transfer occurs.
[0077]
  Such movement of electric charges slightly changes the control voltage of the actuator 9 and thereby slightly changes the oscillation frequency.
  The stray capacitance of the switch 15 must be controlled so that the fluctuation amount remains within the allowable range.
[0078]
  According to a detailed investigation by an actual device, if the stray capacitance of the switch 15 is set to 1/100 or less of the capacitance value of the capacitor 13a, the variation amount of the frequency can be within 0.1 ppm. This value is well within an acceptable range.
[0079]
  It is easy to set the stray capacitance of the switch 15 to 1/100 or less of the capacitance value of the capacitor 13a. For example, as described above, if the capacitance value of the capacitor 13a is 0.01 μF, the on-resistance of the switch 15 may be about 10 kΩ or less, but a CMOS transistor switch having an on-resistance of about 10 kΩ is 1 to 2 pF. It can be easily formed with the following stray capacitance, and since this value is 1/1000 or less of the capacitance value of the capacitor 13a, the condition of 1/100 or less is satisfied.
[0080]
  Next, the configuration of the low pass filter 13 used in the temperature compensated crystal oscillator of the present invention will be described.
[0081]
  In the example shown in FIG. 1, the resistor 13a and the capacitor 13b form a low-pass filter. If the respective values are R (Ω) and C (F), the cutoff frequency is 1 / 2πRC. Each value may be selected so as to be 1 Hz or less.
  For example, the resistor 13a may be about 100 MΩ and the capacitor 13b may be about 0.01 μF. Of course, there is no problem in making the cutoff frequency lower.
[0082]
  As shown in FIG. 1, the low-pass filter used in the present invention must be a passive filter composed of only passive devices, and not an active filter using active devices.
[0083]
  This is because the active filter is configured to exhibit its performance by feedback control and basically has a noise component similar to that of the voltage regulator of the conventional example.
  In other words, the low-pass filter itself for removing the noise component produces a noise component.
[0084]
  The passive device includes a coil in addition to the resistor and the capacitor, and the resistor 13a may be replaced with a coil.
[0085]
  Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a block circuit diagram showing the configuration of the temperature compensated crystal oscillator according to the second embodiment of the present invention.
[0086]
    [Description of Second Embodiment: FIG. 2]
  As shown in the block circuit diagram of FIG. 2, the voltage regulator 3 drives the temperature compensated crystal oscillation circuit 1.
[0087]
  The configuration of the voltage regulator 3 includes a differential circuit 5 having a reference voltage A as one input, a DC load 7 for supplying a feedback signal to the differential circuit 5, and a DC load under the control of the differential circuit 5. A low-pass filter comprising a resistor 13a and a capacitor 13b connected to the control terminal of the second actuator 9b, a second actuator 9b for driving the temperature-compensated crystal oscillation circuit 1, and a second actuator 9b for driving the temperature-compensated crystal oscillation circuit 1. 13, a switch 15 connected in parallel to both ends of the resistor 13a, a voltage follower 17 connected between the control terminal of the first actuator 9a and the low-pass filter 13, and a control terminal and an output terminal of the first actuator 9a And a phase compensation capacitor 11 connected to the.
[0088]
  The DC load 7 is constituted by a series connection of a first resistor 7a and a second resistor 7b of the same type. The low-pass filter 13 is composed of only passive elements, for example, a high resistance 13a and a capacitor 13b. These configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
[0089]
  The first actuator 9a and the second actuator 9b shown in FIG. 2 are configured by the same type of device.
[0090]
  In this example, the differential circuit 5, the DC impossibility 7, the first actuator 9a, and the phase compensation capacitor 11 are the control voltage generation circuit of the second actuator 9b.
  The phase compensation capacitor 11 is not essential.
[0091]
  In the example shown in FIG. 2, the temperature-compensated crystal oscillation circuit 1 and the second actuator 9b that drives the temperature-compensated crystal oscillation circuit 1 are outside the feedback loop, and the second actuator 9b receives the control signal of the first actuator 9a. Therefore, it seems that the low-pass filter 13 is not necessary.
[0092]
  However, the temperature-compensated crystal oscillation circuit 1 fluctuates not only the drive voltage of the second actuator 9b but also the power supply voltage. As a result, the feedback signal fed back to the differential circuit 5 is fluctuated.
  For this reason, fluctuations that worsen the phase noise are superimposed on the control signal of the first actuator 9a.
[0093]
  Even in such a case, if the cutoff frequency of the low-pass filter 13 is set to 1 Hz or less, it is possible to prevent the deterioration of the phase noise within the frequency deviation range required by the mobile phone.
[0094]
  The reason for providing the switch 15 and the voltage follower 17 is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
[0095]
  As in the second embodiment shown in FIG. 2, the configuration in which the low-pass filter 13 is provided outside the feedback loop has a greater filter effect than that provided in the feedback loop.
[0096]
  Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block circuit diagram showing a configuration of a temperature compensated crystal oscillator according to the third embodiment of the present invention.
[0097]
    [Explanation of Third Embodiment: FIG. 3]
  As shown in the block circuit diagram of FIG. 3, the voltage regulator 3 drives the temperature compensated crystal oscillation circuit 1.
[0098]
  The voltage regulator 3 is configured by driving a constant current load 19 and a diode-connected first actuator 9a, a second actuator 9b for driving the temperature-compensated crystal oscillation circuit 1, and a control of the second actuator 9b. A low-pass filter 13 comprising a resistor 13a and a capacitor 13b connected to the terminals; a switch 15 connected in parallel to both ends of the resistor 13a; and a voltage follower connected between the control terminal of the first actuator 9a and the low-pass filter 13. 17.
[0099]
  The output voltage of the first actuator 9a becomes a substantially constant value under a certain power supply voltage above a certain level, and this is the control voltage of the actuator 9b. Therefore, the third embodiment is configured to control the second actuator 9b with a constant voltage, and the low-pass filter 13 is unnecessary unless the constant voltage varies.
[0100]
  However, since the temperature compensated crystal oscillation circuit 1 fluctuates the power supply voltage, the output voltage of the first actuator 9a also fluctuates. Therefore, if the second actuator 9b is directly controlled by this output voltage, the phase noise also deteriorates. End up.
[0101]
  Even in such a case, it is possible to prevent the deterioration of the phase noise by removing the high frequency component from the output voltage of the first actuator 9a by the low pass filter 13.
[0102]
  In the case of the third embodiment shown in FIG. 3, there is no risk of self-excited oscillation in the control voltage generation circuit, but the current value of the constant current load 19 must be limited to suppress power consumption. Therefore, the impedance is higher than the on-resistance of the switch 15.
[0103]
  Therefore, it is necessary to provide the voltage follower 17 for high-speed operation when the power is turned on, as in the first embodiment.
[0104]
  Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a block circuit diagram showing a configuration of a temperature compensated crystal oscillator according to the fourth embodiment of the present invention.
[0105]
    [Description of Fourth Embodiment: FIG. 4]
  As shown in the block circuit diagram of FIG. 4, the voltage regulator 3 drives the temperature compensated crystal oscillation circuit 1.
[0106]
  The voltage regulator 3 includes a differential circuit 5 having a certain reference voltage A as one input, a DC load 7 for supplying a feedback signal to the differential circuit 5, a DC load 7 and a temperature compensated crystal oscillation circuit 1. An actuator 9 to be driven, a low-pass filter 13 connected between the output of the differential circuit 5 and the control terminal of the actuator 9 and composed of a resistor 13a and a capacitor 13b, and a voltage follower 17 connected to the output of the differential circuit 5; The switch 15 is connected between the output of the voltage follower 17 and the control terminal of the actuator 9.
[0107]
  The DC load 7 is constituted by a series connection of a first resistor 7a and a second resistor 7b of the same type.
[0108]
  In this embodiment, the differential circuit 5 is a control voltage generation circuit of the actuator 9.
[0109]
  The difference between the fourth embodiment shown in FIG. 4 and the first embodiment shown in FIG. 1 is that the connection destination of one terminal of the resistor 13a constituting the low-pass filter 13 is basically a voltage follower. 17 is the difference between input and output.
[0110]
  In either case, when the power is turned on, the voltage follower 17 charges the capacitor 13b through the switch 15 at high speed. Therefore, if the voltage follower 17 has no offset, the operation is the same in either configuration.
[0111]
  In the second embodiment or the third embodiment, it is possible to configure the connection destination of one terminal of the resistor 13a as an input of the voltage follower 17, but details thereof are omitted. To do.
[0112]
  Next, the degree of improvement in phase noise according to the configuration of the present invention will be described.
  FIG. 5 is a graph showing measured values of the phase noise of the temperature compensated crystal oscillator of the present invention and the phase noise of the temperature compensated crystal oscillator of the conventional configuration.
[0113]
    [Description of phase noise: Fig. 5]
  The phase noise graph indicates that the lower the line, the lower the phase noise.
[0114]
  As is apparent from FIG. 5, the phase noise of the temperature compensated crystal oscillator according to the configuration of the present invention is considerably lower than the phase noise of the temperature compensated crystal oscillator of the conventional configuration.
[0115]
  Although the present invention has been specifically described based on the embodiments as described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Needless to say.
[0116]
  For example, in the above embodiment, the differential circuit and the actuator are configured by MOS transistors, but may be configured by junction FETs.
[0117]
  In addition, the low-pass filter is composed of a single-stage resistor and capacitor, but may be composed of a plurality of stages of resistors and capacitors.
[0118]
【The invention's effect】
  As described above, the temperature-compensated crystal oscillator of the present invention includes a low-pass filter having an operation acceleration means at power-on, and drives the temperature-compensated crystal oscillation circuit with a voltage regulator whose response frequency is lowered by the low-pass filter. By adopting such a configuration, it is possible to provide a temperature-compensated crystal oscillator that can start up quickly and consume low power while preventing deterioration of phase noise.
[0119]
  Therefore, if the present invention is applied to a temperature-compensated crystal oscillator especially mounted on a mobile phone, the effect is extremely great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block circuit diagram showing a configuration of a temperature-compensated crystal oscillator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block circuit diagram showing a configuration of a temperature compensated crystal oscillator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block circuit diagram showing a configuration of a temperature compensated crystal oscillator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block circuit diagram showing a configuration of a temperature compensated crystal oscillator according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing an example of phase noise comparison between a temperature compensated crystal oscillator according to an embodiment of the present invention and a temperature compensated crystal oscillator having a conventional configuration.
FIG. 6 is a block circuit diagram showing a configuration of a temperature compensated crystal oscillator in the prior art.
[Explanation of symbols]
  1: Temperature compensated crystal oscillation circuit 3: Voltage regulator
  5: Differential circuit 7: DC load
  9: Actuator 13: Low-pass filter
  15: Switch 17: Voltage follower

Claims (4)

温度補償型水晶発振回路を駆動する電圧レギュレータを有する温度補償型水晶発振器であって、
前記電圧レギュレータは、前記温度補償型水晶発振回路の直接の駆動部であるアクチェータと、
このアクチェータの制御電圧発生回路と、
この制御電圧発生回路の出力に接続するボルテージフォロワと、
このボルテージフォロワの出力と前記アクチェータの制御端子との間にあって、前記抵抗またはコイルとコンデンサとからなるローパスフィルタと、
抵抗またはコイルに並列に接続するスイッチとを備え、前記スイッチは温度補償型水晶発振器の電源投入時にオン状態となるよう制御される
ことを特徴とする温度補償型水晶発振器。
A temperature compensated crystal oscillator having a voltage regulator for driving a temperature compensated crystal oscillation circuit,
It said voltage regulator includes a actuator is a direct drive unit of the temperature compensated crystal oscillator circuit,
A control voltage generating circuit of this actuator,
A voltage follower connected to the output of the control voltage generating circuit,
There between the control terminal of the output and the actuator of the voltage follower, a low-pass filter consisting of the resistor or a coil and a capacitor,
And a switch connected in parallel to a resistor or a coil , wherein the switch is controlled to be turned on when the temperature-compensated crystal oscillator is turned on .
温度補償型水晶発振回路を駆動する電圧レギュレータを有する温度補償型水晶発振器であって、
前記電圧レギュレータは、前記温度補償型水晶発振回路の直接の駆動部であるアクチェータと、
このアクチェータの制御電圧発生回路と、
この制御電圧発生回路の出力と前記アクチェータの制御端子との間にあって、抵抗またはコイルとコンデンサとからなるローパスフィルタと、
前記制御電圧発生回路の出力に接続するボルテージフォロワと、
このボルテージフォロワの出力と前記アクチェータの制御端子との間に接続するスイッチとを備え、前記スイッチは温度補償型水晶発振器の電源投入時にオン状態となるよう制御される
ことを特徴とする温度補償型水晶発振器。
A temperature compensated crystal oscillator having a voltage regulator for driving a temperature compensated crystal oscillation circuit,
It said voltage regulator includes a actuator is a direct drive unit of the temperature compensated crystal oscillator circuit,
A control voltage generating circuit of this actuator,
There between the control terminal of the output and the actuator of the control voltage generating circuit, a low-pass filter consisting of a resistor or a coil and a capacitor,
A voltage follower connected to the output of the control voltage generating circuit,
And a switch connected between the control terminal of the output and the actuator of the voltage follower, the switch temperature compensated, characterized in that is controlled to be turned on at the time of power-on of the temperature compensated crystal oscillator Crystal oscillator.
前記ローパスフィルタの遮断周波数は、
1Hz以下である
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の温度補償型水晶発振器。
The cutoff frequency of the low-pass filter is
The temperature compensated crystal oscillator according to claim 1, wherein the temperature compensated crystal oscillator is 1 Hz or less.
前記スイッチの浮遊容量は、
ローパスフィルタを構成するコンデンサの容量値の100分の1以下である
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の温度補償型水晶発振器。
The stray capacitance of the switch is
The temperature compensated crystal oscillator according to claim 1 or 2, wherein the temperature compensation crystal oscillator is 1/100 or less of a capacitance value of a capacitor constituting the low-pass filter.
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