CN105991128A - 振荡器、电子设备以及移动体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种振荡器、电子设备以及移动体，所述振荡器能够在不缩窄频率控制范围的条件下实施温度补偿。振荡器包括：谐振子；振荡电路，其使谐振子进行振荡；D/A转换电路，其被输入用于对振荡电路的频率进行控制的数字数据；第一温度传感器；温度补偿电路，其与第一温度传感器相连接，振荡电路包括第一可变电容元件和第二可变电容元件，D/A转换电路的输出电压被施加于第一可变电容元件，温度补偿电路的输出电压被施加于第二可变电容元件。

Description

振荡器、电子设备以及移动体
技术领域
本发明涉及一种振荡器、电子设备以及移动体。
背景技术
通信设备或测量仪器等的基准频率信号源所使用的水晶振荡器，要求输出频率相对于温度变化以较高的精度处于稳定。一般而言，在水晶振荡器之中作为能够获得极高的频率稳定度的水晶振荡器，已知一种恒温槽型水晶振荡器(OCXO：Oven Controlled Crystal Oscillator)。并且，近年来，温度补偿型水晶振荡器(TCXO：Temperature Compensated Crystal Oscillator)的特性提高也备受瞩目，并且接近OCXO的频率精度或频率稳定度的振荡器也逐渐被开发出。
这种高精度的振荡器例如被用于移动电话的基站中，从而存在要求能够通过数字控制而对频率进行控制的情况。在专利文献1中，公开了一种具有D/A转换器、振子、振荡回路，并通过使针对D/A转换器的输入信号发生变化，从而使从振荡器输出的频率可变的压电振荡器。
然而，在假定除了使频率可变的控制之外还同时实施频率的温度特性补偿的情况下，需要在数字输入信号的位值中加进温度补正量，由于能够作为频率可变电压而使用的位值的选择范围变窄，因此会产生频率控制范围变窄的问题。
专利文献1：日本特开2011-101212号公报
发明内容
本发明是鉴于以上这种问题点而被完成的，根据本发明的几个方式，能够提供一种可在不缩窄频率控制范围的条件下实施温度补偿的振荡器。此外，根据本发明的几个方式，能够提供一种使用了该振荡器的电子设备以及移动体。
本发明是为了解决前述的问题中的至少一部分而被完成的，并能够以下述的方式或应用例来实现。
应用例1
本应用例所涉及的振荡器包括：谐振子；振荡电路，其使所述谐振子进行振荡；D/A转换电路，其被输入用于对所述振荡电路的频率进行控制的数字数据；第一温度传感器；温度补偿电路，其与所述第一温度传感器相连接，所述振荡电路包括第一可变电容元件和第二可变电容元件，所述D/A转换电路的输出电压被施加于所述第一可变电容元件，所述温度补偿电路的输出电压被施加于所述第二可变电容元件。
振荡电路例如可以是皮尔斯(Pierce)振荡电路、逆变器型振荡电路、考毕兹(Colpitts)振荡电路、哈特利(Hartley)振荡电路等各种振荡电路的一部分或全部。
在本应用例所涉及的振荡器中，并非将D/A转换电路的输出电压与温度补偿电路的输出电压相加所得到的电压施加于一个可变电容元件上，而是通过将D/A转换电路的输出电压与温度补偿电路的输出电压分别施加于单独的第一可变电容元件和第二可变电容元件上，从而对振荡电路的频率进行控制。由此，无需将D/A转换电路的输出的电压范围的一部分分配给温度补偿用，从而能够将D/A转换电路的输出的整个电压范围分配给频率控制范围，由此能够在维持频率控制的分辨率的同时扩大频率控制范围，或者，能够在维持频率控制范围的同时提高频率控制的分辨率。因此，根据本应用例，能够实现一种可通过数字数据而对振荡频率进行控制并且在不缩窄频率控制范围的条件下实施温度补偿的振荡器。
应用例2
上述应用例所涉及的振荡器也可以采用如下结构，即，包括：第二温度传感器，其对所述谐振子的温度进行检测；发热元件，其用于对所述谐振子进行加热；发热控制电路，其根据所述第二温度传感器的输出信号而对所述发热元件进行控制。
根据本应用例，例如，能够实现一种可通过数字数据而对振荡频率进行控制的、目前所没有的新颖的恒温槽型振荡器。
此外，根据本应用例所涉及的振荡器，由于不仅实施由发热控制电路进行的控制，还实施由温度补偿电路进行的温度补偿，因此即使谐振子或振荡电路的温度因振荡器的周围的温度变化而发生变化，也能够对振荡频率进行补正。因此，根据本应用例所涉及的振荡器，能够实现较高的频率稳定性。
应用例3
在上述应用例所涉及的振荡器中，也可以采用如下结构，即，包括：发热元件，其用于对所述谐振子进行加热；发热控制电路，其根据所述第一温度传感器的输出信号而对所述发热元件进行控制，所述第一温度传感器对所述谐振子的温度进行检测。
根据本应用例所涉及的振荡器，通过将第一温度传感器兼用于由发热控制电路实施的控制与由温度补偿电路实施的温度补偿中，从而能够在实现较高的频率稳定性的同时实现制造成本的削减和小型化。
应用例4
上述应用例所涉及的振荡器也可以采用如下结构，即，包括低通滤波器，所述D/A转换电路的输出电压经由所述低通滤波器而被施加于所述第一可变电容元件。
虽然与被施加于第一可变电容元件上的电压重叠的噪声的频率灵敏度较高，而成为使频率精度劣化的较大的原因，但在本应用例所涉及的振荡器中，能够通过低通滤波器而使与D/A转换电路的输出电压重叠的噪声衰减，从而降低与被施加于第一可变电容元件上的电压重叠的噪声。因此，根据本应用例所涉及的振荡器，能够使频率精度提高，并实现较高的频率稳定性。
应用例5
本应用例所涉及的电子设备具备上述任意一种振荡器。
应用例6
本应用例所涉及的移动体具备上述任意一种振荡器。
根据这些应用例，由于使用能够通过数字数据而对振荡频率进行控制，并且在不缩窄频率控制范围的条件下实施温度补偿的振荡器，因此也能实现例如可靠性较高的电子设备以及移动体。
附图说明
图1为第一实施方式的振荡器的功能框图。
图2为第一实施方式的振荡器的剖视图。
图3为表示振荡电路的结构例的图。
图4为表示温度控制电路的结构例的图。
图5为表示相对于周围温度的变化的、振子的温度变化以及IC的温度变化的图。
图6为表示温度补偿电路的结构例的图。
图7为表示高温侧极性切换电路的结构例的图。
图8为关于二次温度补正的说明图。
图9为关于二次温度补正的说明图。
图10为关于二次温度补正的说明图。
图11为关于二次温度补正的说明图。
图12为第二实施方式的振荡器的功能框图。
图13为第三实施方式的振荡器的功能框图。
图14为第三实施方式的振荡器的剖视图。
图15为表示相对于周围温度的变化的、振子的温度变化以及IC的温度变化的图。
图16为表示本实施方式的电子设备的结构的一个示例的功能框图。
图17为表示本实施方式的电子设备的外观的一个示例的图。
图18为表示本实施方式的移动体的一个示例的图。
具体实施方式
以下，利用附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，以下所说明的实施方式并非是对权利要求书中所记载的本发明的内容进行不当限定的方式。此外，以下所说明的全部结构并不一定均是本发明的必要构成要件。
1.振荡器
1-1.第一实施方式
图1为第一实施方式的振荡器的功能框图的一个示例。此外，图2为第一实施方式的振荡器的剖视图的一个示例。
如图1所示，第一实施方式的振荡器1被构成为，包括谐振子20、D/A转换集成电路(IC)5、振荡用集成电路(IC：Integrated Circuit)6、可变电容元件7(第二可变电容元件的一个示例)、可变电容元件8(第一可变电容元件的一个示例)、对谐振子20进行加热的发热元件40以及温度传感器50(第二温度传感器的一个示例)。但是，本实施方式的振荡器1也可以采用对图1所示的结构要素的一部分进行省略或变更，或者追加了其他的结构要素的结构。
如图2所示，第一实施方式的振荡器1在部件搭载基板3的上表面上搭载有D/A转换IC5、振荡用IC6、可变电容元件7、可变电容元件8以及其他的一个以上的电子部件9(电阻、电容器、线圈等)。此外，与部件搭载基板3对置地设置有部件搭载基板4，在部件搭载基板4的上表面上搭载有封装件23(例如，陶瓷封装件)，该封装件23对部件搭载基板22、被设置在部件搭载基板22的上表面上的谐振子20和温度传感器50进行收纳。在部件搭载基板4的下表面上，于与封装件23对置的位置处搭载有发热元件40。
可变电容元件7、可变电容元件8、电子部件9、谐振子20、发热元件40以及温度传感器50的各端子通过未图示的配线图案而分别与D/A转换IC5或振荡用IC6的所需的各端子电相连接。而且，以对部件搭载基板4、D/A转换IC5、振荡用IC6、可变电容元件7、可变电容元件8、电子部件9、谐振子20、发热元件40以及温度传感器50进行收纳的方式，而将外壳(或罩)2粘着在部件搭载基板3上。该振荡器1将由外壳2与部件搭载基板3形成的空间作为恒温槽，并以通过发热元件40而将恒温槽内部的温度基本保持固定的方式被控制。
如图1所示，D/A转换IC5被构成为，包括基准电压生成电路70、D/A转换电路80以及串行接口电路90。但是，D/A转换IC5也可以采用对这些结构要素的一部分进行省略或变更，或者追加了其他的结构要素的结构。
串行接口电路90取得从D/A转换IC5的外部(振荡器1的外部)被输入的串行数据信号(用于对振荡电路30的频率进行控制的数字数据)，并转换为N位的数据信号且向D/A转换电路80输出。
基准电压生成电路70以从D/A转换IC5的外部(振荡器1的外部)供给的电源电压VCC为基础，而生成D/A转换电路80的高电位侧基准电压VDH以及低电位侧基准电压VDL。
D/A转换电路80被输入由串行接口电路90输出的N位的数据信号(用于对振荡电路30的频率进行控制的数字数据)，并且，D/A转换电路80将该N位的数据信号转换为高电位侧基准电压VDH与低电位侧基准电压VDL之间的电压的模拟信号并输出。作为D/A转换电路80，能够使用熟知的电阻分压型(也称为电压分配型、电阻串型或者电压电位器型)、电阻梯形型(R-2R梯形型等)、电容阵列型、Δ-Σ型等各种类型的电路。
D/A转换电路80所输出的模拟信号的电压(控制电压)VC被施加于D/A转换IC5的外部的可变电容元件8，可变电容元件8的电容值根据控制电压VC而进行变化。可变电容元件8例如可以为电容值根据被施加于一端的控制电压VC而进行变化的可变电容二极管(变容二极管)。
振荡用IC6被构成为，包括温度补偿电路10、温度传感器13(第一温度传感器的一个示例)、振荡用电路32、发热控制电路60、基准电压生成电路72、串行接口电路92以及存储部100。但是，振荡用IC6也可以采用对这些结构要素的一部分进行省略或变更，或者追加了其他的结构要素的结构。
温度补偿电路10与温度传感器13相连接，并根据温度传感器13的输出信号而生成用于对振荡电路30的输出信号的频率温度特性进行补正的温度补偿电压TC。例如，温度补偿电路10既可以仅能够实施振荡电路30的输出信号的频率温度特性的一次成分的补正(以下，称为“一次补正”)，也可以仅能够实施二次成分的校正(以下，称为“二次补正”)，还可以能够实施一次补正和二次补正双方。此外，在温度补偿电路10能够实施一次补正和二次补正双方的情况下，既可以能够独立地将一次补正和二次补正分别设定为有效或无效，也可以能够分别独立地对一次补正的补正参数和二次补正的补正参数进行设定。并且，温度补偿电路10也可以能够在多个温度区域(例如，低温侧和高温侧)相互独立地实施二次补正。
温度传感器13例如为输出与其周边的温度相对应的电压的传感器，既可以是温度越高则输出电压越高的正极性的传感器，也可以是温度越高则输出电压越低的负极性的传感器。
温度补偿电路10所输出的温度补偿电压TC被施加于振荡用IC6的外部的可变电容元件7，可变电容元件7的电容值根据温度补偿电压TC而进行变化。可变电容元件7例如可以为电容值根据被施加于一端的温度补偿电压TC而进行变化的可变电容二极管(变容二极管)。
振荡用电路32与外接在振荡用IC6的端子上的可变电容元件7、可变电容元件8以及其他的电子部件9(在图1中未图示)一起构成了使谐振子20振荡的振荡电路30。
振荡电路30以与可变电容元件7的电容值以及可变电容元件8的电容值相对应的频率而使谐振子20进行振荡，并输出振荡信号VO。振荡电路30所输出的振荡信号VO被输出至振荡用IC6的外部(振荡器1的外部)。
作为谐振子20，例如可以使用SC切割或AT切割的水晶振子、SAW(Surface Acoustic Wave：表面声波)谐振子等。此外，作为谐振子20，例如还可以使用水晶振子以外的压电振子或MEMS(Micro ElectroMechanical Systems：微机电系统)振子等。作为谐振子20的基板材料，能够使用水晶、钽酸锂、铌酸锂等压电单晶或锆钛酸铅等压电陶瓷等的压电材料，或者硅半导体材料等。此外，作为谐振子20的激励方法，既可以使用通过压电效应而实现的方法，也可以使用通过库伦力而实现的静电驱动。
发热控制电路60被配置在谐振子20的附近，并根据对谐振子20的温度进行检测的温度传感器50的输出电压而对用于对谐振子20进行加热的发热元件40进行控制。具体而言，根据温度传感器50的输出电压，以使温度保持为恒定的方式而对发热元件40的发热实施控制。
作为发热元件40，例如可以使用通过流通电流而发热的元件(功率晶体管或电阻等)。此外，作为温度传感器50，例如可以使用热敏电阻(NTC(Negative Temperature Coefficient：负温度系数)热敏电阻或PTC(Positive Temperature Coefficient：正温度系数)热敏电阻等)或铂电阻等。
例如，将具有正的斜率的温度特性的温度传感器50配置在谐振子20的附近，发热控制电路60可以以如下方式进行控制，即，在温度传感器50的输出电压低于基准值时使电流流过发热元件40而使其发热，在温度传感器50的输出电压高于基准值时不使电流流过发热元件40。
基准电压生成电路72以从振荡用IC6的外部(振荡器1的外部)供给的电源电压VCC为基础，而生成振荡电路30的电源电压VA、温度补偿电路10的基准电压VREF1以及发热控制电路60的基准电压VREF2等。
存储部100以包括未图示的非易失性的存储器和寄存器的方式而被构成，在非易失性存储器中存储有温度补偿电路的设定信息(是否分别实施一次补正和二次补正的信息、一次补正的补正参数、二次补正的补正参数等)等。非易失性存储器例如能够通过MNOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon：金属-氧化物-氮化物-氧化物-硅)存储器等闪存存储器或EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory：电可擦除可编程只读存储器)等来实现。
被存储在非易失性存储器中的各设定信息在振荡用IC6的电源接入时(电源电压VCC从0V上升到所需的电压时)从非易失性存储器被转送至寄存器，并被保持在寄存器中。而且，被保持在寄存器中的各设定信息被供给到温度补偿电路10等。
串行接口电路92为用于从振荡用IC6的外部(振荡器1的外部)实施对存储部100(非易失性存储器以及寄存器)的读写的电路。串行接口电路92例如可以是与I2C(Inter-Integrated Circuit：内置集成电路)总线对应的接口电路，也可以是与SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口)总线对应的接口电路。
图3为表示振荡电路30的结构例的图。在图3所示的振荡电路30中，控制电压VC被施加于可变电容元件8(可变电容二极管)的一端，可变电容元件8的电容值根据该电压值而进行变化，由此，振荡频率发生变化。此外，温度补偿电压TC被施加于可变电容元件7(可变电容二极管)的一端，可变电容元件7的电容值根据该电压值而进行变化，由此，与温度无关地，振荡频率被保持为大致恒定。
图4为表示发热控制电路60的结构例的图。在图4中，作为发热元件40而使用了NPN型功率晶体管，作为温度传感器50而使用了NTC热敏电阻。在图4所示的发热控制电路60中，在温度降低时，温度传感器50(NTC热敏电阻)的电阻值将上升，从而运算放大器的输入电位差变大。相反，在温度上升时，温度传感器50(NTC热敏电阻)的电阻值将下降，从而运算放大器的输入电位差变小。运算放大器的输出电压与输入电位差成比例。在运算放大器的输出电压高于预定的电压值时，发热元件40(NPN型功率晶体管)中会有电流流过，并且电压值越高则发热量越大，而在运算放大器的输出电压低于预定的电压值时，发热元件40(NPN型功率晶体管)中不会有电流流过，并且发热量逐渐减小。因此，以温度传感器50(NTC热敏电阻)的电阻值成为所需的值的方式，即以保持为所需的温度的方式，而对发热元件40的动作进行控制。
在这种结构的本实施方式的振荡器1中，通过发热控制电路60，基于根据谐振子20或IC(D/A转换IC5或振荡用IC6)的温度特性而决定的振荡电路30的输出信号的频率温度特性，而以将恒温槽的内部温度保持在所需的温度(例如，当谐振子20为SC切割水晶振子时，为频率成为最大的温度)的方式进行控制。
然而，实际上，恒温槽内的温度由于根据振荡器1的周围温度而发生变化因此不为固定。图5表示在图2所示的结构的振荡器1中，由振荡器1的周围温度的变化所引起的谐振子20的温度变化以及IC(D/A转换IC5或振荡用IC6)的温度变化的情况的图。虽然由于谐振子20接近发热元件40，并且被收纳在封装件23中，因此不易受到周围温度的影响，但是，如图5所示，当周围温度在-40℃～90℃的范围内变化时，谐振子20的温度也会稍微地变化。此外，处于距远离发热元件40的外壳2较近的位置处的IC(D/A转换IC5或振荡用IC6)的温度容易受到周围温度的影响，并具有周围温度越高则越升高的倾向。
在本实施方式中，通过温度补偿电路10而对起因于由周围温度的变化所引起的谐振子20的温度变化或IC的温度变化而产生的频率偏差进行补正。特别地，由于由周围温度的变化所引起的IC的温度变化较大，因此温度补偿电路10根据独立于温度传感器50而被另行设置在振荡用IC6的内部并更准确地对振荡用IC6的温度进行检测的温度传感器13的输出信号，而产生温度补偿电压TC，并对主要因IC的温度变化而产生的频率偏差进行补正。由此，能够实现与现有的OCXO相比较高的频率稳定性。
图6为表示温度补偿电路10的结构例的图。如图6所示，温度补偿电路10被构成为，包括：生成实施一次补正的一次补正信号的一次补正信号生成电路11；生成实施高次补正的高次补正信号的高次补正信号生成电路12；温度传感器13；反相放大电路14；以及合成电路15。但是，本实施方式的温度补偿电路10也可以采用对图6所示的结构要素的一部分进行省略或变更，或者追加了其他的结构要素的结构。
温度传感器13以包括电阻131以及二极管132、133的方式而被构成。电阻131的第一端子被供给电源电压VCC，第二端子与二极管132的阳极端子相连接。此外，二极管132的阴极端子与二极管133的阳极端子相连接，二极管133的阴极端子被接地。而且，电阻131的第二端子与二极管132的阳极端子的连接点处的信号成为温度传感器13的输出电压VT1。例如，相对于1℃的温度上升，施加于二极管132、133各自的两端的电压分别下降约2mV。因此，VT1相对于恒温槽的内部温度的变化而以负的斜率进行线性变化。
一次补正信号生成电路11以包括运算放大器111、114、117，电阻112、115、116，可变电阻113以及开关118、119的方式而被构成。运算放大器111的非反相输入端子(+输入端子)被输入温度传感器13的输出电压VT1，反相输入端子(-输入端子)和输出端子均与电阻112的第一端子相连接。即，运算放大器111对温度传感器13的输出电压VT1进行缓冲并输出。电阻112的第二端子与运算放大器114的反相输入端子(-输入端子)以及可变电阻113的第一端子相连接。在运算放大器114的非反相输入端子(+输入端子)上输入有基准电压VREF1，运算放大器114的输出端子与可变电阻113的第二端子、电阻115的第一端子以及开关118的第一输入端子相连接。电阻115的第二端子与运算放大器117的反相输入端子(-输入端子)以及电阻116的第一端子相连接。在运算放大器117的非反相输入端子(+输入端子)上输入有基准电压VREF1，运算放大器117的输出端子与电阻116的第二端子以及开关118的第二输入端子相连接。开关118的输出端子与开关119的第一端子相连接，开关119的第二端子的电压成为一次补正信号生成电路11的输出电压(一次补正电压)。在开关119导通时，一次补正电压相对于温度传感器13的输出电压VT1的变化(相对于恒温槽的内部温度的变化)而线性地变化。
通过对可变电阻113的电阻值进行改变，从而能够改变一次补正电压相对于VT1的斜率的大小。此外，通过对开关118进行切换，从而还能够改变一次补正电压的斜率的极性(正或负)。并且，通过断开开关119，从而还能够与VT1无关地，将一次补正电压始终设为高阻抗从而使一次温度补正无效。将由该一次补正信号生成电路11实施的补正设为有效还是设为无效的信息(开关119的导通/断开的信息)及一次补正信号生成电路11的补正参数(可变电阻113的电阻值的信息及开关118的连接信息)被存储在存储部100中。
反相放大电路14以包括运算放大器143以及电阻141、142的方式而被构成。电阻141的第一端子与运算放大器111的输出端子相连接，第二端子与运算放大器143的反相输入端子(-输入端子)以及电阻142的第一端子相连接。在运算放大器143的非反相输入端子(+输入端子)上输入有基准电压VREF1，运算放大器143的输出端子与电阻142的第二端子相连接。而且，运算放大器143的输出电压成为反相放大电路14的输出电压VT2。通过这种结构的反相放大电路14，从而能够获得以基准电压VREF1为基准而对运算放大器111的输出电压(即VT1)进行了反相放大后的电压VT2。因此，VT2相对于恒温槽的内部温度的变化而以正的斜率进行线性变化。
高次补正信号生成电路12被构成为，包括：高温侧二次补正信号生成电路12a，其生成在与频率温度特性的线性区域的温度相比较高的高温侧实施二次补正的高温侧二次补正信号；高温侧极性切换电路120，其对高温侧二次补正信号的极性进行切换；低温侧二次补正信号生成电路12b，其生成在与频率温度特性的线性区域的温度相比较低的低温侧实施二次补正的低温侧二次补正信号；低温侧极性切换电路129，其对低温侧二次补正信号的极性进行切换。
高温侧二次补正信号生成电路12a以包括NPN型的晶体管121、122和恒定电流源123以及电流镜用的NMOS晶体管124的方式而被构成。
低温侧二次补正信号生成电路12b以包括NPN型的晶体管125、126和恒定电流源127以及电流镜用的NMOS晶体管128的方式而被构成。
在晶体管121的基极端子上输入有恒定的参照电压VH，在晶体管121的集电极端子上输入有电源电压VCC。晶体管121的发射极端子与晶体管122的发射极端子均与恒定电流源123的第一端子相连接，恒定电流源123的第二端子被接地。在晶体管122的基极端子上输入有反相放大电路14的输出电压VT2，晶体管122的集电极端子与NMOS晶体管124的源极端子以及栅极端子相连接。在NMOS晶体管124的漏极端子上输入有电源电压VCC。通过该晶体管121、122以及恒定电流源123而构成了第一差分放大电路。在恒定电流源123中流通有固定电流IoH，在VT2＝VH时，在晶体管122的发射极与集电极之间流通的电流IH＝IoH/2。而且，在VT2大于VH的范围内，VT2越高(恒温槽的内部温度越高)则IH越非线性地增大，并且向IoH靠近。相反，在VT2小于VH的范围内，VT2越低(恒温槽的内部温度越低)则IH越非线性地减小，并且向0靠近。
在晶体管125的基极端子上输入有反相放大电路14的输出电压VT2，在晶体管125的集电极端子上输入有电源电压VCC。晶体管125的发射极端子与晶体管126的发射极端子均与恒定电流源127的第一端子相连接，恒定电流源127的第二端子被接地。在晶体管126的基极端子上输入有与参照电压VH不同的固定的参照电压VL，晶体管126的集电极端子与NMOS晶体管128的源极端子以及栅极端子相连接。在NMOS晶体管128的漏极端子上输入有电源电压VCC。通过该晶体管125、126以及恒定电流源127而构成了第二差分放大电路。在恒定电流源127中流通有固定电流IoL，在VT2＝VL时，在晶体管126的发射极与集电极之间流通的电流IL＝IoL/2。而且，在VT2小于VL的范围内，VT2越低(恒温槽的内部温度越低)则IL越非线性地增大，并且向IoH靠近。相反，在VT2大于VL的范围内，VT2越高(恒温槽的内部温度越高)则IL越非线性地减小，并且向0靠近。
图7为表示高温侧极性切换电路120的结构例的图。另外，低温侧极性切换电路129的结构也与高温侧极性切换电路120相同。
在图7所示的示例中，高温侧极性切换电路120以包括增益切换部120a和极性切换部120b的方式而被构成。
增益切换部120a以包括NMOS晶体管M1～M3的方式而被构成。NMOS晶体管M1～M3的栅极端子被相互共通地连接，并与NMOS晶体管124的栅极端子相连接。NMOS晶体管M1～M3的漏极端子被相互共通地连接，并且被输入电源电压VCC。NMOS晶体管M1～M3的源极端子被相互共通地连接，并且被连接于极性切换部120b的开关SW1的一端以及开关SW2的一端。在NMOS晶体管M1～M3中流通有与电流IH成比例的电流。由于能够通过未图示的开关等将NMOS晶体管M1～M3设为有效或无效从而对电流的镜像比进行变更，因此能够对高温侧二次补正信号的增益进行切换。
极性切换部120b以包括作为NPN型晶体管的晶体管Q1～Q2、开关SW1～SW3、电阻R1～R2的方式而被构成。晶体管Q1的集电极端子与开关SW2的另一端相连接，并且与晶体管Q1以及晶体管Q2的基极端子相连接。晶体管Q1的发射极端子经由电阻R1而与接地电位相连接。晶体管Q2的集电极端子与开关SW3的一端相连接。晶体管Q2的发射极端子通过电阻R2而与接地电位相连接。开关SW1的另一端与开关SW3的另一端被共通地连接，并成为向合成电路15输出的输出端子。
在将极性切换部120b的开关SW1设为导通状态，并将开关SW2～SW3设为断开状态的情况下，极性切换部120b将增益切换部120a的输出电流直接向合成电路15输出。相反，在将极性切换部120b的开关SW1设为断开状态，并将开关SW2～SW3设为导通状态的情况下，极性切换部120b将与增益切换部120a的输出电流反向的电流向合成电路15输出。因此，通过对开关SW1～SW3进行切换，从而能够对高温侧二次补正信号的极性进行切换。
返回图6，合成电路15将一次补正信号和所述高次补正信号相加。在图6所示的示例中，合成电路15以包括运算放大器153以及电阻151、152的方式而被构成。电阻151的第一端子与开关119的第二端子相连接，第二端子与运算放大器153的反相输入端子(-输入端子)、电阻152的第一端子、高温侧极性切换电路120的输出端子、低温侧极性切换电路129的输出端子相连接。在运算放大器153的非反相输入端子(+输入端子)上输入有基准电压VREF1，运算放大器153的输出端子与电阻152的第二端子相连接。而且，运算放大器153的输出电压成为合成电路15的输出电压。这种结构的合成电路15输出将一次补正信号生成电路11的输出电压(一次补正信号)与高次补正信号生成电路12的输出电压(高次补正信号)相加所得到的电压，并且该电压为，作为温度补偿电路10的输出电压的温度补偿电压TC。
当外部气温上升时，恒温槽的内部温度也将稍微上升，而当外部气温下降时，恒温槽的内部温度也将稍微下降。例如，在将恒温槽的内部温度设定为振荡器1的频率成为最大的温度(例如90℃)的情况下，如果外部气温为基准温度(例如25℃)时的恒温槽的内部温度与设定温度一致，则在振荡器1的工作保证的温度范围(例如-30℃～85℃)内，即使恒温槽的内部温度稍微(例如在88℃～92℃的范围内)变化，频率偏差也较小。然而，如果外部气温为基准温度(例如25℃)时的恒温槽的内部温度偏离设定温度，则在工作保证温度范围(例如-30℃～85℃)的端部的附近(例如-30℃附近或85℃附近)处的频率偏差将会变大。因此，温度补偿电路10通过二次的温度补正，而有效地减少该工作保证温度范围的端部的附近处的频率偏差。
图8～图11为用于对本实施方式中的二次温度补正进行说明的图。如图8(A)所示，VT1相对于温度传感器13的检测温度(以下简称为“检测温度”)的在40℃～90℃的范围内的变化，而以负的斜率进行变化。如图8(B)所示，VT2相对于检测温度的在40℃～90℃的范围内的变化而以正的斜率进行变化。在此，例如，以在检测温度为40℃时VT2＝VL，在检测温度为90℃时VT2＝VH的方式，而对斜率进行调节。如此一来，如图8(C)所示，检测温度为40℃时IL＝IoL/2，在检测温度为40℃的附近，当检测温度降低时，IL将非线性地增大。在检测温度为65℃或90℃时IL≒0。此外，如图8(D)所示，在检测温度为90℃时IH＝IoH/2，在检测温度为90℃的附近，当检测温度增高时，IH将非线性地增大。在检测温度为65℃或40℃时IH≒0。因此，二次补正电压在低温侧由IL决定，而在高温侧由IH决定。
而且，如图9(A)所示，通过改变在恒定电流源127中流通的电流IoL，从而能够改变IL相对于检测温度的变化的斜率。具体而言，IoL越大则IL的斜率越陡。同样，如图9(B)所示，通过改变在恒定电流源123中流通的电流IoH，从而能够改变IH相对于检测温度的变化的斜率。具体而言，IoH越大则IH的斜率越陡。因此，通过对振荡电路30的输出信号的频率温度特性进行测量，并且以对低温侧或高温侧的频率的降低进行补正的方式而对IoL或IoH进行调节，从而能够有效地减少频率偏差的二次成分。
由于振荡器1的工作保证温度范围根据用途而改变，因此需要与工作保证温度范围相符的二次温度补正。因此，温度补偿电路10通过对参照电压VL或VH进行变更，从而能够对成为IL＝IoL/2的检测温度或成为IH＝IoH/2的检测温度进行变更。例如，如图10(A)所示，在检测温度为40℃、45℃、50℃时VT2分别成为VL1、VL2、VL3的情况下，如图10(B)所示，通过分别设定为VL＝VL1、VL2、VL3，从而分别在40℃、45℃、50℃时，IL＝IoL/2。同样，例如，如图11(A)所示，在检测温度为90℃、85℃、80℃时VT2分别成为VH1、VH2、VH3的情况下，如图11(B)所示，分别通过设定为VH＝VH1、VH2、VH3，从而分别在90℃、85℃、80℃时，IH＝IoH/2。因此，通过按照工作保证温度范围而对参照电压VL或VH进行调节，从而能够有效地减少频率偏差的二次成分。
并且，通过利用高温侧极性切换电路120和低温侧极性切换电路129而对高次补正信号的极性进行切换，从而还能够对反向的二次特性或近似的三次特性进行补正。
上述的高次补正信号生成电路12的补正参数(IoL、IoH、VL、VH的信息及极性的信息)被存储在存储部100中。
以上所说明的第一实施方式的振荡器1为，能够通过从外部端子输入的数字信号而对振荡频率进行控制的新颖的恒温槽型振荡器。特别地，在本实施方式的振荡器1中，并非将D/A转换电路80所输出的控制电压VC与温度补偿电路10所输出的温度补偿电压TC相加所得到的电压施加于一个可变电容元件上，而是通过将控制电压VC和温度补偿电压TC分别施加于单独的可变电容元件8和可变电容元件7上，从而对振荡电路30的频率进行控制。由此，无需将D/A转换电路80的输出的电压范围的一部分分配给温度补偿用，从而成功地将D/A转换电路80的输出的整个电压范围分配给频率控制范围。因此，根据本实施方式的振荡器1，能够在维持频率控制的分辨率的同时扩大频率控制范围，或者，能够在维持频率控制范围的同时提高频率控制的分辨率。如此，根据本实施方式，能够实现一种可在不缩窄频率控制范围的条件下实施温度补偿的振荡器1。
1-2.第二实施方式
图12为第二实施方式的振荡器的功能框图的一个示例。在图12中，对与图1相同的结构要素标注相同的符号。另外，由于第二实施方式的振荡器的剖视图与图2相同，因此省略图示。如图12所示，第二实施方式的振荡器1与第一实施方式同样地被构成为，包括谐振子20、D/A转换集成电路(IC)5、振荡用集成电路(IC：Integrated Circuit)6、可变电容元件7、可变电容元件8、对谐振子20进行加热的发热元件40以及温度传感器50，并且，还包括低通滤波器110。另外，第二实施方式的振荡器1也可以采用对图12所示的结构要素的一部分进行省略或变更，或者追加了其他的结构要素的结构。
低通滤波器110被连接在D/A转换电路80与可变电容元件8之间，D/A转换电路80的输出电压经由低通滤波器110而被施加于可变电容元件8。低通滤波器110例如通过由电阻(R)和电容器(C)构成的RC低通滤波器、由线圈(L)和电容器(C)构成的LC低通滤波器或者使用了运算放大器(operational amplifier)的有源低通滤波器等而被实现。另外，构成低通滤波器110的各个元件相当于图2的电子部件9。
由于第二实施方式的振荡器1中的其他的结构与第一实施方式的振荡器1相同，因此省略说明。
与被施加于可变电容元件8上的控制电压VC重叠的噪声的频率灵敏度较高，从而成为使频率精度劣化的较大的原因。因此，在第二实施方式中，通过利用低通滤波器110而使在D/A转换电路80中产生并被重叠在D/A转换电路80的输出电压上的开关噪声(在对N位的数据信号(用于对振荡电路30的频率进行控制的数字数据)进行切换时产生的噪声)或量子化噪声衰减，从而减少被重叠在控制电压VC上的噪声。因此，根据第二实施方式的振荡器1，从而能够使振荡电路30的输出信号的频率精度提高，并实现较高的频率稳定性。
1-3.第三实施方式
图13为第三实施方式的振荡器的功能框图的一个示例。此外，图14为第三实施方式的振荡器的剖视图的一个示例。在图13以及图14中，对与图1以及图2相同的结构要素标注相同的符号。
如图13所示，第三实施方式的振荡器1与第二实施方式同样地被构成为，包括谐振子20、D/A转换集成电路(IC)5、振荡用集成电路(IC：IntegratedCircuit)6、可变电容元件7、可变电容元件8、对谐振子20进行加热的发热元件40、温度传感器50(第一温度传感器的一个示例)以及低通滤波器110。另外，第三实施方式的振荡器1也可以采用对图13所示的结构要素的一部分进行省略或变更，或者追加了其他的结构要素的结构。
如图14所示，第三实施方式的振荡器1在部件搭载基板3的上表面搭载有可变电容元件7、可变电容元件8以及其他的一个以上的电子部件9(电阻、电容器、线圈等)。此外，与部件搭载基板3对置地设置有部件搭载基板4，并且，在部件搭载基板4的上表面上搭载有封装件23(例如，陶瓷封装件)，该封装件23对部件搭载基板22、被设置在部件搭载基板22的上表面上的发热元件40、被搭载在发热元件40的上表面的一部分上的谐振子20、与部件搭载基板22的下表面对置地设置的D/A转换IC5以及振荡用IC6、温度传感器50进行收纳。
在第三实施方式的振荡器1中，由于IC(D/A转换IC5或振荡用IC6)被收纳在封装件23中，因此与第一实施方式或第二实施方式的振荡器1(图5)相比，不易受到周围温度的影响。图15为表示在第三实施方式的振荡器1中由振荡器1的周围温度的变化所引起的谐振子20的温度变化以及IC(D/A转换IC5或振荡用IC6)的温度变化的情况的图。如图15所示，在第三实施方式的振荡器1中，与第一实施方式或第二实施方式的振荡器1(图5)相比，由振荡器1的周围温度的变化所引起的IC的温度变化较小，从而IC与谐振子20之间的温度差也较小。
因此，如图13所示，在第三实施方式的振荡器1中，与第一实施方式或第二实施方式的振荡器1不同，在振荡用IC6中未设置有温度传感器13，温度补偿电路10与温度传感器50相连接。即，在第三实施方式的振荡器1中，由于IC与谐振子20之间的温度差较小，因此将温度传感器50兼用于由发热控制电路60实施的发热控制与由温度补偿电路10实施的温度补偿双方，从而使振荡用IC6小型化。虽然温度传感器50所检测出的温度(≒谐振子20的温度)与实际的IC的温度之间存在少许的差，但为能够由温度补偿电路10实施充分的温度补偿的范围。因此，根据第三实施方式的振荡器1，在实现较高的频率稳定性的同时，还有利于制造成本的成本和小型化。
2.电子设备
图16为本实施方式所涉及的电子设备300的功能框图。另外，对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的符号，并省略详细的说明。
本实施方式所涉及的电子设备300为包括振荡器1的电子设备300。在图16所示的示例中，电子设备300被构成为，包括振荡器1、倍增电路310、CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)320、操作部330、ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)340、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)350、通信部360、显示部370、声音输出部380。另外，本实施方式所涉及的电子设备300也可以采用对图16所示的结构要素(各部分)的一部分进行省略或变更，或者追加了其他的结构要素的结构。
倍增电路310不仅将时钟脉冲供给至CPU320还供给至各部分(省略图示)。时钟脉冲例如可以为通过倍增电路310从来自振荡器1的振荡信号中提取出所需的高频信号而得到的信号,也可以是通过具有PLL(Phase Locked Loop：锁相环)合成器的倍增电路310对来自振荡器1的振荡信号进行倍增而得到的信号(省略图示)。
CPU320根据被存储在ROM340等中的程序,利用倍增电路310所输出的时钟脉冲而实施各种计算处理或控制处理。具体而言,CPU320实施与来自操作部330的操作信号相对应的各种处理、为了与外部实施数据通信而对通信部360进行控制的处理、对用于使显示部370显示各种信息的显示信号进行发送的处理、使声音输出部380输出各种声音的处理等。
操作部330为通过操作键或按钮开关等而被构成的输入装置,并向CPU320输出与由用户实施的操作相对应的操作信号。
ROM340对供CPU320实施各种计算处理及控制处理的程序或数据等进行存储。
RAM350被用作CPU320的作业区域,并临时性地对从ROM340读取出的程序或数据、从操作部330输入的数据、CPU320根据各种程序执行所得到的运算结果等进行存储。
通信部360实施用于使CPU320与外部装置之间的数据通信成立的各种控制。
显示部370为由LCD(Liquid Crystal Display:液晶显示器)或电泳显示器等构成的显示装置,并根据从CPU320输入的显示信号而对各种信息进行显示。
而且，声音输出部380为扬声器等对声音进行输出的装置。
根据本实施方式所涉及的电子设备300，由于包括能够通过数字数据而对振荡频率进行控制，并且在不缩窄频率控制范围的条件下实施温度补偿的振荡器1，因此能够实现可靠性更高的电子设备300。
作为电子设备300可考虑到各种电子设备。例如，可列举出个人计算机(例如，移动型个人计算机、膝上型个人计算机、平板型个人计算机)、移动电话等移动体终端、数码照相机、喷墨式喷出装置(例如，喷墨式打印机)、路由器或开关等存储区域网络设备、局域网络设备、移动体终端基站用设备、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼机、电子记事本(也包括附带通信功能的产品)、电子辞典、电子计算器、电子游戏机、游戏用控制器、文字处理器、工作台、可视电话、防盗用视频监视器、电子双筒望远镜、POS(point of sale：销售点)终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量设备、计量仪器类(例如，车辆、航空器、船舶的测量仪器类)、飞行模拟器、头戴式显示器、运动轨迹、运动追踪、运动控制器、PDR(PedestrianDead Reckoning，步行者航位推算)等。
图17为表示作为电子设备300的一个示例的智能手机的外观的一个示例的图。作为电子设备300的智能手机中，作为操作部330而具备按钮，作为显示部370而具备LCD。而且，由于作为电子设备300的智能手机包括具有较高的频率稳定性的振荡器1，因此能够实现可靠性更高的电子设备300。
3.移动体
图18为表示本实施方式所涉及的移动体400的一个示例的图(俯视图)。另外，对与上述的各实施方式相同的结构标注相同的符号，并省略详细的说明。
本实施方式所涉及的移动体400为包括振荡器1的移动体400。在图18所示的示例中，移动体400被构成为，包括实施发动机系统、制动系统、无钥匙进入系统等的各种控制的控制器420、控制器430、控制器440、蓄电池450以及备用蓄电池460。另外，本实施方式所涉及的移动体400也可以采用对图18所示的结构要素(各部分)的一部分进行省略或变更，或者追加了其他的结构要素的结构。
根据本实施方式所涉及的移动体400，由于包括能够通过数字数据而对振荡频率进行控制，并且在不缩窄频率控制范围的条件下实施温度补偿的振荡器1，因此能够实现可靠性更高的移动体400。
作为这种移动体400可考虑到各种移动体，例如，能够列举出汽车(也包括电动汽车)、喷气式飞机或直升机等航空器、船舶、火箭、人造卫星等。
本发明并不限定于本实施方式，能够在本发明的主旨的范围内实施各种改变。
例如，虽然上述的实施方式的振荡器为恒温槽型振荡器，但本发明并不限定于恒温槽型振荡器，也能够应用于具有温度补偿功能以及基于数字输入的频率控制功能的振荡器(VC-TCXO(Voltage Controlled TemperatureCompensated Crystal Oscillator：压控温补振荡器)等)中。
上述的实施方式为一个示例，并不限定于此。例如，也能够对各实施方式进行适当组合。
本发明包括与在实施方式中所说明的结构实质上相同的结构(例如，功能、方法以及结果相同的结构，或者目的及效果相同的结构)。此外，本发明包括对在实施方式中所说明的结构的非本质的部分进行置换而得到的结构。此外，本发明包括能够发挥与在实施方式中所说明的结构相同的作用效果的结构或达成相同的目的的结构。此外，本发明包括在实施方式中所说明的结构中附加了公知技术的结构。
符号说明
1振荡器；2外壳；3部件搭载基板；4部件搭载基板；5 D/A转换IC；6振荡用IC；7可变电容元件；8可变电容元件；10温度补偿电路；11一次补正信号生成电路；12高次补正信号生成电路；13温度传感器；14反相放大电路；15合成电路；20谐振子；22部件搭载基板；23封装件；30振荡电路；32振荡用电路；40发热元件；50温度传感器；60发热控制电路；70基准电压生成电路；72基准电压生成电路；80 D/A转换电路；90串行接口电路；92串行接口电路；100存储部；110低通滤波器；111运算放大器；112电阻；113可变电阻；114运算放大器；115电阻；116电阻；117运算放大器；118开关；119开关；120高温侧极性切换电路；120a增益切换部；120b极性切换部；121晶体管；122晶体管；123恒定电流源；124 NMOS晶体管；125晶体管；126晶体管；127恒定电流源；128 NMOS晶体管；129低温侧极性切换电路；131电阻；132二极管；133二极管；141电阻；142电阻；143运算放大器；151电阻；152电阻；153运算放大器；300电子设备；310倍增电路；320 CPU；330操作部；340 ROM；350 RAM；360通信部；370显示部；380声音输出部；400移动体；410振荡器；420、430、440控制器；450蓄电池；460备用蓄电池；M1～M3 NMOS晶体管；Q1～Q2晶体管；R1～R2电阻；SW1～SW3开关。

Claims (6)

1.一种振荡器，包括：
谐振子；
振荡电路，其使所述谐振子进行振荡；
D/A转换电路，其被输入用于对所述振荡电路的频率进行控制的数字数据；
第一温度传感器；
温度补偿电路，其与所述第一温度传感器相连接，
所述振荡电路包括第一可变电容元件和第二可变电容元件；
所述D/A转换电路的输出电压被施加于所述第一可变电容元件，
所述温度补偿电路的输出电压被施加于所述第二可变电容元件。
2.如权利要求1所述的振荡器，其中，包括：
第二温度传感器，其对所述谐振子的温度进行检测；
发热元件，其用于对所述谐振子进行加热；
发热控制电路，其根据所述第二温度传感器的输出信号而对所述发热元件进行控制。
3.如权利要求1所述的振荡器，其中，包括：
发热元件，其用于对所述谐振子进行加热；
发热控制电路，其根据所述第一温度传感器的输出信号而对所述发热元件进行控制，
所述第一温度传感器对所述谐振子的温度进行检测。
4.如权利要求1至3中任一项所述的振荡器，其中，
包括低通滤波器，
所述D/A转换电路的输出电压经由所述低通滤波器而被施加于所述第一可变电容元件。
5.一种电子设备，其中，
具备权利要求1至4中任一项所述的振荡器。
6.一种移动体，其中，
具备权利要求1至4中任一项所述的振荡器。
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