CN107026644A - 振荡器、电子设备以及移动体 - Google Patents

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Abstract

提供振荡器、电子设备以及移动体，振荡器降低振动体的阻抗的温度依赖性或者可变电容元件的灵敏度的温度依赖性对振荡频率带来的影响，从而具有高精度的频率温度特性。该振荡器具有：振荡级电路，其连接于振动体的第1电极与第2电极之间，进行振荡动作；可变电容元件，其与振动体的第1或者第2电极连接，调节振荡频率；带隙参考电路，其使用插入到电流路径的电阻，生成大小根据温度而变化的参考电压，电流路径中流过大小根据温度而变化的电流；以及偏置电流生成电路，其根据参考电压生成振荡级电路的偏置电流，由此降低由振动体的阻抗的温度依赖性或者可变电容元件的灵敏度的温度依赖性导致的振荡频率的变动。

Description

振荡器、电子设备以及移动体
技术领域
本发明涉及使用可变电容元件来对振荡频率进行温度补偿的振荡器。而且，本发明涉及使用了那样的振荡器的电子设备以及移动体等。
背景技术
例如，在温度补偿型石英振荡器(TCXO)中，为了对振荡频率进行温度补偿而使用可变电容元件。以往的TCXO为了将振荡信号的振幅保持为恒定，而采用振荡级电路的增益不依赖于温度而为恒定的电路结构。但是，即便使振荡级电路的增益理论上恒定，在石英振动体的阻抗具有温度依赖性的情况下，振荡信号的振幅也不是恒定的。当振荡信号的振幅变动时，可变电容元件的灵敏度的绝对值以及线性也变化。
此外，可变电容元件的灵敏度也具有温度依赖性，可变电容元件的灵敏度的绝对值以及线性根据温度而变化。根据以上内容可知，当温度变化时，石英振动体的阻抗或者可变电容元件的灵敏度变化，TCXO的振荡频率变化。另一方面，近年来，高精度化的要求变高，对TCXO要求即使温度变化也使振荡频率保持为恒定。
作为关联的技术，在专利文献1的图1中，公开了即使在温度特性的每个样本的差异较大的情况下，振荡频率精度也较高的振荡电路。该振荡电路具有：基准电阻RE1，其产生基准电流；集成电路2，其包含与基准电阻单独设置并向基准电阻供给电流的运算放大器AMP1、确定向基准电阻施加的基准电压的基准电压产生电路24、和产生恒压的恒压电路21，根据基准电流和恒压确定振荡频率；以及寄存器25，其以成为与基准电阻的温度依赖性相同的温度依赖性的方式，设定基准电压产生电路所输出的基准电压的温度依赖性。
根据专利文献1的振荡电路，通过在集成电路的外部设置基准电阻，与在集成电路的内部设置基准电阻的情况相比，能够使用温度依赖性小的电阻元件。此外，通过按照每个基准电阻来对设定基准电压的温度依赖性的寄存器设定值，即使在基准电阻的温度依赖性按照每个样本而不同的情况下，也能够与其相应地设定基准电压的温度依赖性。由此，即使在电阻元件的温度特性的每个样本差异较大的情况下，也能够产生不依赖于温度的恒流。
专利文献1：日本特许第4985035号公报(段落0014-0018、图1)
但是，按照每个样本来对寄存器设定基准电压的温度依赖性是繁杂的。此外，即使将不依赖于温度的恒流向TCXO的振荡级电路供给，由于石英振动体的阻抗或者可变电容元件的灵敏度具有温度依赖性，因此也无法将TCXO的振荡频率保持为恒定。
发明内容
因此，鉴于上述内容，本发明的第1目的在于提供一种降低振动体的阻抗的温度依赖性对振荡频率带来的影响、从而具有高精度的频率温度特性的振荡器。此外，本发明的第2目的在于提供一种降低可变电容元件的灵敏度的温度依赖性对振荡频率带来的影响、从而具有高精度的频率温度特性的振荡器。而且，本发明的第3目的在于提供一种使用了那样的振荡器的电子设备以及移动体等。
为了解决以上的课题的至少一部分，本发明的第1观点的振荡器具有：振荡级电路，其连接于振动体的第1电极与第2电极之间，进行振荡动作；可变电容元件，其与振动体的第1或者第2电极连接，调节振荡频率；带隙参考电路，其使用插入到电流路径的电阻，生成大小根据温度而变化的参考电压，所述电流路径中流过大小根据温度而变化的电流；以及偏置电流生成电路，其根据参考电压生成振荡级电路的偏置电流，由此降低由振动体的阻抗的温度依赖性或者可变电容元件的灵敏度的温度依赖性导致的振荡频率的变动。
根据本发明的第1观点，通过利用参考电压的温度特性来适当地设定振荡信号的振幅的温度特性，能够提供降低由振动体的阻抗的温度依赖性或者可变电容元件的灵敏度的温度依赖性导致的振荡频率的变动、从而具有高精度的频率温度特性的振荡器。
这里，带隙参考电路也可以具有：第1电阻、第2电阻和第1晶体管或者第1二极管串联连接的第1电流路径；以及第3电阻、并联连接的多个第2晶体管或者多个第2二极管和第4电阻串联连接的第2电流路径，在第1电阻与第2电阻的连接点处生成参考电压。由此，能够利用通常在半导体装置中设置的低噪声设计的带隙参考电路，生成具有期望的温度特性的参考电压。
此外，偏置电流生成电路可以包含具有与带隙参考电路中包含的电阻的温度系数不同的温度系数的电流调整电阻，根据参考电压以及电流调整电阻的电阻值，生成振荡级电路的偏置电流。这样，通过从各种电阻中选择具有期望的温度系数的电阻而使用，能够使偏置电流的温度特性的设定自由度变大。
本发明的第2观点的振荡器具有：振荡级电路，其连接于振动体的第1电极与第2电极之间，进行振荡动作；可变电容元件，其与振动体的第1或者第2电极连接，调节振荡频率；带隙参考电路，其生成参考电压；以及偏置电流生成电路，其包含具有与带隙参考电路中包含的电阻的温度系数不同的温度系数的电流调整电阻，根据参考电压以及电流调整电阻的电阻值生成振荡级电路的偏置电流，由此降低由振动体的阻抗的温度依赖性或者可变电容元件的灵敏度的温度依赖性导致的振荡频率的变动。
根据本发明的第2观点，通过从各种电阻中选择具有适当的温度系数的电阻，用作对振荡级电路中的偏置电流的温度特性带来影响的电流调整电阻，能够提供降低由振动体的阻抗的温度依赖性或者可变电容元件的灵敏度的温度依赖性导致的振荡频率的变动、从而具有高精度的频率温度特性的振荡器。
以上，电流调整电阻可以具有比带隙参考电路中包含的电阻的温度系数大的温度系数。由此，能够使偏置电流相对于基于温度的振动体的阻抗变化或者可变电容元件的灵敏度变化的校正量变大。
此外，偏置电流生成电路也可以供给具有比流过带隙参考电路的电流路径的电流的温度依赖性小的温度依赖性的偏置电流。由此，相比于将与带隙参考电路的电流成比例的偏置电流供给到放大级电路的以往的振荡器，能够降低振动体的阻抗的温度依赖性或者可变电容元件的灵敏度的温度依赖性对振荡频率带来的影响。
本发明的第3观点的振荡器具有：振荡级电路，其连接于振动体的第1电极与第2电极之间，进行振荡动作；可变电容元件，其与振动体的第1或者第2电极连接，调节振荡频率；带隙参考电路，其生成参考电压；偏置电流生成电路，其根据参考电压和电流调整电阻的电阻值，生成振荡级电路的偏置电流；以及设定电路，其按照存储于存储部的数据，设定带隙参考电路中包含的电阻的值、或者生成用于从多个电阻中选择电流调整电阻的选择信号。
根据本发明的第3观点，在从多个种类的振动体中选择期望种类的石英振动体而使用的情况下，由于能够根据振动体的阻抗等的温度依赖性来变更偏置电流的温度特性，因此，能够提供降低由振动体的阻抗等的温度依赖性导致的振荡频率的变动、从而具有高精度的频率温度特性的振荡器。
本发明的第4观点的电子设备具有上述任意一个振荡器。此外，本发明的第5观点的移动体具有上述任意一个振荡器。根据本发明的第4或者第5观点，能够提供按照由振荡器生成的准确的时钟信号进行动作的电子设备或者移动体，其中，该振荡器降低由振动体的阻抗等的温度依赖性导致的振荡频率的变动而具有高精度的频率温度特性。
附图说明
图1是示出本发明第1实施方式的振荡器的结构例的电路图。
图2是示出图1所示的可变电容元件的例子的图。
图3是示出图1所示的温度补偿电压生成电路的结构例的框图。
图4是示出基于温度的参考电压的变化的图。
图5是示出图1所示的石英振动体的等效电路的图。
图6是用于说明图1所示的振荡电路中的温度补偿动作的图。
图7是示出图1所示的可变电容元件的特性的图。
图8是示出偏置电流的温度特性与可变电容元件的灵敏度之间的关系的图。
图9是示出能够在半导体装置中使用的各种电阻的温度特性的图。
图10是示出本发明第3实施方式的振荡器的结构例的电路图。
图11是示出本发明的一个实施方式的电子设备的第1结构例的框图。
图12是示出本发明的一个实施方式的电子设备的第2结构例的框图。
图13是示出本发明的一个实施方式的移动体的结构例的框图。
标号说明
10：振荡电路；11：石英振动体；12：输出缓冲电路；20：温度补偿电压生成电路；21：温度传感器；22：AD转换器；23：1次电压生成电路；24：3次电压生成电路；25：加法电路；30：带隙参考电路；33：运算放大器；40：偏置电流生成电路；41：选择器；50：设定电路；110：振荡器；111：分频器；120：CPU；130：操作部；140：ROM；150：RAM；160：通信部；170：显示部；180：声音输出部；190：计时部；200：控制部；210：电子控制式燃料喷射装置；220：电子控制式ABS装置；230：电子控制式恒速行驶装置；QB0～QB3：NPN双极晶体管；QN1：N沟道MOS晶体管；QP1、QP2：P沟道MOS晶体管；CV1、CV2：可变电容元件；C0：电容器；R0～R6：电阻。
具体实施方式
以下，参照附图并对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对同一结构要素赋予同一参照标号，省略重复的说明。在以下的实施方式中，作为振荡器的一例，对使用了石英振动体的温度补偿型石英振荡器(TCXO)进行说明。
<第1实施方式>
图1是示出本发明第1实施方式的振荡器的结构例的电路图。如图1所示，该振荡器可以包含振荡电路10、温度补偿电压生成电路20、带隙参考电路30以及偏置电流生成电路40。或者，也可以将振荡电路10～偏置电流生成电路40的一部分内置于半导体装置(IC)来构成振荡器。
振荡电路10可以包含石英振动体11、NPN双极晶体管QB0、电阻R0和R6、可变电容元件CV1和CV2、电容器C0以及输出缓冲电路12。或者，也可以省略可变电容元件CV1和CV2中的一方。这里，晶体管QB0以及电阻R0连接于石英振动体11的第1电极与第2电极之间，构成进行振荡动作的振荡级电路。
晶体管QB0具有与石英振动体11的第1电极连接的基极、与石英振动体11的第2电极连接的集电极以及与基准电位VSS的布线连接的发射极。电阻R0连接于晶体管QB0的集电极与基极之间。
可变电容元件CV1具有与石英振动体11的第1电极连接的第1端子，对振荡电路10的振荡频率进行调节。可变电容元件CV2具有与石英振动体11的第2电极连接的第1端子，对振荡电路10的振荡频率进行调节。电容器C0连接于可变电容元件CV1和CV2的第2端子与基准电位VSS的布线之间。可变电容元件CV1和CV2的各自例如由具有MOS构造的电容器、或者可变电容式二极管(变容二极管)构成，电容值根据施加于第1端子与第2端子之间的电压而变化。
晶体管QB0进行反向放大动作，在集电极中生成的振荡信号经由石英振动体11等向基极反馈。此时，石英振动体11通过由晶体管QB0施加的交流电压而振动。该振动在固有的谐振频率下被较大程度地激励出，石英振动体11作为负电阻而进行动作。
其结果，振荡电路10主要以根据石英振动体11的谐振频率而确定的振荡频率进行振荡。但是，通过变更可变电容元件CV1和CV2的电容值，能够对振荡电路10的振荡频率进行微调。由振荡电路10生成的振荡信号经由输出缓冲电路12向输出端子OUT供给。
图2是示出具有MOS构造的电容器来作为图1所示的可变电容元件的例子的图。图2所示的电容器由P沟道MOS晶体管构成，具有与第1端子13连接的栅极(G)、与基准电位VSS的布线连接的源极(S)和漏极(D)以及与第2端子14连接的背栅(N阱)。电容器的电容值取决于MOS晶体管的栅长、栅宽以及栅绝缘膜的厚度等。
当使电容器的第1端子13与第2端子14之间的电压逐渐上升时，形成于背栅的耗尽层逐渐扩大，电容器的电容值逐渐变大。而且，当电压一定程度地上升时，背栅所带的电荷的量饱和，电容器的电容值饱和。
图3是示出图1所示的温度补偿电压生成电路的结构例的框图。温度补偿电压生成电路20按照从温度传感器输出的检测信号，生成对可变电容元件CV1和CV2的电容值进行控制的温度补偿电压Vcomp。温度补偿电压Vcomp经由电阻R6被供给到可变电容元件CV1和CV2的第2端子。
如图3所示，温度补偿电压生成电路20可以包含温度传感器21、AD转换器22、1次电压生成电路23、3次电压生成电路24以及加法电路25。
温度传感器21例如包含PN结二极管、晶体管、或者热敏电阻和放大电路，检测振荡器周边的温度，输出检测信号。AD转换器22将从温度传感器21输出的模拟的检测信号转换为数字的温度数据。
1次电压生成电路23以及3次电压生成电路24例如具有：存储部，其与温度数据对应地分别存储表示1次电压和3次电压的电压数据，该1次电压和3次电压具有抵消石英振动体11的谐振频率的温度依赖性的温度特性；以及DA转换器。1次电压生成电路23以及3次电压生成电路24从存储部读出与从AD转换器22输出的温度数据对应的电压数据，将电压数据分别转换为1次电压以及3次电压并输出。
加法电路25将从1次电压生成电路23输出的1次电压与从3次电压生成电路24输出的3次电压相加，生成温度补偿电压Vcomp。当振荡电路10在基准温度(例如，25℃)下以基准频率f0振荡的情况下，温度补偿电压Vcomp被设定为规定的值。
当温度补偿电压Vcomp比规定的值低时，可变电容元件CV1和CV2的电容值增大，振荡频率下降。另一方面，当温度补偿电压Vcomp比规定的值高时，可变电容元件CV1和CV2的电容值下降，振荡频率上升。
或者，也可以不使用AD转换器22，仅通过模拟电路构成温度补偿电压生成电路20。在这种情况下，1次电压生成电路23以及3次电压生成电路24根据从温度传感器21输出的模拟的检测信号，分别生成具有抵消石英振动体11的谐振频率的温度依赖性的温度特性的1次电压以及3次电压。
再次参照图1，带隙参考电路30具有第1电流路径31和第2电流路径32。带隙参考电路30被供给电源电压(VDD-VSS)而动作，例如，使用插入到第1电流路径31中的电阻R1，生成大小根据温度而变化的参考电压Vref，第1电流路径31中流过大小根据温度而变化的电流。
在第1电流路径31中，第1电阻R1、第2电阻R2、NPN双极晶体管QB1串联连接。在第2电流路径32中，第3电阻R3a和R3b、由并联连接的多个晶体管构成的NPN双极晶体管QB2、第4电阻R4串联连接。
在图1所示的例子中，第3电阻由2个电阻R3a和R3b的串联连接构成，但如果变更向第1电流路径31以及第2电流路径32供给电流的电路结构，则也能够由1个电阻构成第3电阻。此外，也可以替代晶体管QB1而使用1个二极管，替代晶体管QB2而使用多个二极管。在该情况下，也可以变更电阻与二极管的连接顺序。
晶体管QB1具有与电阻R2的一端连接的集电极和基极、以及与基准电位VSS的布线连接的发射极。晶体管QB2具有：与电阻R3b的一端连接的集电极；与电阻R4的一端连接的发射极；以及与晶体管QB1的基极连接的基极。晶体管QB2通过并联连接M个与晶体管QB1相同尺寸的晶体管而构成。
而且，带隙参考电路30具有N沟道MOS晶体管QN1以及运算放大器33。晶体管QN1具有与电源电位VDD的布线连接的漏极、以及与电阻R1的一端和电阻R3a的一端连接的源极。运算放大器33具有：与电阻R1和电阻R2的连接点连接的同相输入端子；与电阻R3a和电阻R3b的连接点连接的反相输入端子；以及与晶体管QN1的栅极连接的输出端子。
这里，电阻R1的电阻值和电阻R3a的电阻值被设定为互相相等。因此，运算放大器33控制晶体管QN1的栅极电位，使得在第1电流路径31中流动的电流与在第2电流路径32中流动的电流互相相等。由此，在第1电流路径31以及第2电流路径32的各自中流过基准电流I。
例如，电阻R1～R3b的电阻值如下式(1)所表示的那样设定。
R1+R2＝R3a+R3b＝Rc···(1)
此外，晶体管QB1的基极/发射极间电压等于晶体管QB2的基极/发射极间电压与电阻R4的两端间的电压之和。
因此，基准电流I使用热电压Vt(＝kT/q)由下式(2)表示。
I＝Vt×ln(M)/R4
＝(kT/q)×ln(M)/R4···(2)
这里，k是玻尔兹曼常数，T是绝对温度，q是电子的电荷。基准电流I具有正的温度特性(相对于温度变化的电流变化率的比例)，伴随着温度的上升，电流值增大。
当设晶体管QB1的基极/发射极间的正向电压为Vf时，带隙参考电压Vbgr由下式(3)表示。
Vbgr＝Rc×I+Vf
＝Rc×Vt×ln(M)/R4+Vf
＝Rc×(kT/q)×ln(M)/R4+Vf···(3)
在式(3)中，热电压Vt具有正的温度特性，晶体管QB1的基极/发射极间的正向电压Vf具有负的温度特性。
因此，通过适当设定电阻比Rc/R4、或者构成晶体管QB2的晶体管的并联个数M，使得带隙参考电压Vbgr不依赖于温度。这样生成的带隙参考电压Vbgr被供给到需要恒压的其他电路。
此外，带隙参考电路30在电阻R1与电阻R2的连接点处，生成下式(4)所表示的参考电压Vref。
Vref＝Vbgr-I×R1
＝Vbgr-Vt×ln(M)×R1/R4
＝Vbgr-(kT/q)×ln(M)×R1/R4···(4)
在式(4)中，由于热电压Vt具有正的温度特性，因此，参考电压Vref具有负的温度特性(相对于温度变化的电压变化率的比例)，伴随着温度的上升，电压值下降。根据上述结构，能够利用通常在半导体装置中设置的低噪声设计的带隙参考电路，生成具有期望的温度特性的参考电压Vref。
图4是示出基于温度的参考电压的变化的图。在图4中，横轴表示温度，纵轴表示电压。如图4所示，带隙参考电压Vbgr在规定的温度范围内是恒定的，但参考电压Vref伴随着温度的上升而下降。
参考电压Vref的温度特性(图4所示的倾斜角度)能够根据电阻R1以及R2的电阻值来设定。即，在电阻R1的电阻值与电阻R2的电阻值之和是恒定值Rc的情况下，如果增大电阻R1的电阻值变大而减小电阻R2的电阻值，则能够使参考电压Vref的倾斜角度变大。相反地，在设R1＝0、R2＝Rc的情况下，参考电压Vref与带隙参考电压Vbgr相等。
再次参照图1，带隙参考电路30将参考电压Vref向偏置电流生成电路40输出。偏置电流生成电路40根据参考电压Vref生成振荡级电路的偏置电流，由此，降低由石英振动体11的阻抗的温度依赖性或者可变电容元件CV1和CV2的灵敏度(相对于电压变化的电容变化率的比例)的温度依赖性导致的振荡频率的变动。
偏置电流生成电路40包含P沟道MOS晶体管QP1和QP2、NPN双极晶体管QB3以及电流调整电阻R5。晶体管QP1具有与电源电位VDD的布线连接的源极以及与参考电压Vref的布线连接的漏极和栅极。晶体管QP2具有与电源电位VDD的布线连接的源极、与振荡级电路连接的漏极以及与晶体管QP1的栅极连接的栅极。例如，晶体管QP1由并联连接的N1个晶体管构成，晶体管QP2由并联连接的N2个晶体管构成。这里，N1以及N2是自然数。
晶体管QB3具有与参考电压Vref的布线连接的集电极以及基极。电流调整电阻R5连接于晶体管QB3的发射极与基准电位VSS的布线之间。设晶体管QB3的基极/发射极间的正向电压为Vf，在晶体管QB3中流过下式(5)所表示的参考电流Iref。
Iref＝(Vref-Vf)/R5···(5)
参考电流Iref也流过晶体管QP1。晶体管QP1以及QP2构成电流镜电路，晶体管QP1的漏电流的(N2/N1)倍的漏电流流过晶体管QP2。因此，设比例常数为α，向振荡级电路供给的偏置电流Iosc由下式(6)表示。
Iosc＝α×(Vref-Vf)/R5···(6)
设振荡级电路的负载的阻抗为ZL，振荡级电路的增益(电压放大率)G由下式(7)表示。
G＝ZL/re
＝ZL/{(kT/q)/Iosc}
＝ZL×Iosc/(kT/q)···(7)
以往，作为向振荡级电路供给的偏置电流Iosc，使用与(2)式所表示的基准电流I成比例的电流。在这种情况下，振荡级电路的增益G1由下式(8)来表示。
G1＝α×ZL×ln(M)/R4···(8)
在式(8)中，如果负载的阻抗ZL以及电阻R4的电阻值不具有温度依赖性，则振荡级电路的增益G1不依赖于温度而是恒定的。
但是，如图1所示，当连接有石英振动体11作为振荡级电路的负载时，至少在石英振动体11的阻抗具有温度依赖性的情况下，振荡级电路的增益G1不是恒定的，因此，振荡信号的振幅变动。当振荡信号的振幅变动时，可变电容元件CV1和CV2的灵敏度的绝对值以及线性变化，振荡电路10的振荡频率根据温度而变化。
图5是示出图1所示的石英振动体的等效电路的图。如图5所示，石英振动体11的等效电路是在电感器Lx、电容器Cx、电阻Rx的串联电路中并联连接有电容器C0而得的。其中，特别地，大多数情况下，电阻Rx因寄生等的影响而具有正或者负的温度特性，其温度特性对振荡信号的振幅造成影响。
图6是用于说明图1所示的振荡电路中的温度补偿动作的图。在图6中，横轴表示温度补偿电压Vcomp，纵轴表示可变电容元件CV1或者CV2的电容值Cp。
图6的(a)将振荡电路10的振荡波形与微小信号时的电容曲线重合而示出。即，向可变电容元件CV1或者CV2的一个端子施加振荡信号，向另一个端子施加温度补偿电压Vcomp，因此，向可变电容元件CV1或者CV2的2个端子之间施加振荡信号与温度补偿电压Vcomp的差分。
其结果，如图6的(b)所示，振荡信号的振幅越大，可变电容元件CV1和CV2的电容值Cp的变化的倾斜度越平缓。因此，当振荡信号的振幅根据温度而变动时，可变电容元件CV1和CV2的灵敏度的绝对值以及线性劣化。
在本实施方式中，将式(6)所表示的偏置电流Iosc供给到振荡级电路。这种情况下，振荡级电路的增益G2由下式(9)表示。
G2＝α×ZL×(Vref-Vf)/R5/(kT/q)···(9)
因此，即使石英振动体11的阻抗具有温度依赖性，通过利用参考电压Vref的温度特性来适当设定振荡信号的振幅的温度特性(相对于温度变化的振幅变化率的比例)，也能够降低由石英振动体11的阻抗的温度依赖性导致的振荡频率的变动。
此外，虽然可变电容元件CV1和CV2的灵敏度具有温度依赖性，但如以下说明的那样，通过利用参考电压Vref的温度特性来适当设定振荡信号的振幅的温度特性，能够降低由可变电容元件CV1和CV2的灵敏度的温度依赖性导致的振荡频率的变动。
图7是示出图1所示的可变电容元件的特性的图。在图7的(a)～图7的(d)中，横轴表示温度补偿电压Vcomp。此外，在图7的(a)以及图7的(b)中，纵轴表示可变电容元件CV1或者CV2的电容值Cp，在图7的(c)以及图7的(d)中，纵轴表示可变电容元件CV1或者CV2的灵敏度(ppm/V)。
图7的(a)表示可变电容元件CV1和CV2各自的电容值Cp基于温度补偿电压Vcomp的变化曲线。如图7的(a)所示，各个电容值Cp的变化曲线根据温度而变化。图7的(b)表示可变电容元件CV1和CV2的合成的电容值Cp基于温度补偿电压Vcomp的变化曲线。如图7的(b)所示，合成的电容值Cp的变化曲线也根据温度而变化。
图7的(c)表示可变电容元件CV1和CV2各自的灵敏度基于温度补偿电压Vcomp的变化曲线。如图7的(c)所示，各个灵敏度的变化曲线根据温度而变化。图7的(d)表示可变电容元件CV1和CV2的合成的灵敏度基于温度补偿电压Vcomp的变化曲线。如图7的(d)所示，合成的灵敏度的变化曲线也根据温度而变化。这样，可变电容元件CV1和CV2的灵敏度的绝对值以及线性也由于可变电容元件CV1和CV2的灵敏度的温度依赖性而劣化。
图8是示出偏置电流的温度特性与可变电容元件的灵敏度之间的关系的图。在图8的(a)中，横轴表示温度(℃)，纵轴表示电流变化率ΔI/I(ppm)。在图8的(b)以及图8的(c)中，横轴表示温度补偿电压Vcomp，纵轴表示可变电容元件CV1和CV2的灵敏度(ppm/V)。
图8的(a)的实线表示与在图1所示的带隙参考电路30的电流路径31或者32中流过的基准电流I成比例的偏置电流I(BGR)。偏置电流I(BGR)如式(2)所示，具有伴随着温度的上升而增大的正的温度特性。当将这样的偏置电流I(BGR)向振荡级电路供给时，如图8的(b)所示，在低温(-40℃)下，可变电容元件CV1和CV2的合成的灵敏度产生2个峰值，产生起伏。
另一方面，图8的(a)的虚线表示由图1所示的偏置电流生成电路40生成的偏置电流Iosc。例如，在石英振动体11的阻抗具有正的温度特性的情况下，偏置电流生成电路40可以供给具有比流过带隙参考电路30的电流路径31或者32的基准电流I的温度依赖性小的温度依赖性的偏置电流Iosc。
在该情况下，偏置电流Iosc的温度特性的倾斜比偏置电流I(BGR)的温度特性的倾斜小，向负侧旋转。而且，也可以使偏置电流Iosc的温度特性的倾斜为负的值。当将这样的偏置电流Iosc向振荡级电路供给时，低温(-40℃)下的振荡信号的振幅增大，如图6所示，可变电容元件CV1和CV2的电容值Cp的变化的倾斜度变得平缓。
其结果，如图8的(c)所示，可变电容元件CV1和CV2的合成的灵敏度中的2个峰值被抑制，起伏降低。剩下的1次温度特性能够通过温度补偿电压生成电路20进行校正。由此，相比于将与带隙参考电路30的电流成比例的偏置电流供给到放大级电路的以往的振荡器，能够降低石英振动体11的阻抗的温度依赖性或者可变电容元件CV1和CV2的灵敏度的温度依赖性对振荡频率带来的影响。
这样，根据本实施方式，通过利用参考电压Vref的温度特性来适当地设定振荡信号的振幅的温度特性，能够提供降低由石英振动体11的阻抗的温度依赖性或者可变电容元件CV1和CV2的灵敏度的温度依赖性导致的振荡频率的变动、从而具有高精度的频率温度特性的振荡器。
<第2实施方式>
本发明的第2实施方式是在图1所示的振荡器中，偏置电流生成电路40包含具有与带隙参考电路30中包含的电阻R1～R4的温度系数不同的温度系数的电流调整电阻R5，并根据参考电压Vref以及电流调整电阻R5的电阻值生成振荡级电路的偏置电流Iosc。关于其他的点，第2实施方式可以与第1实施方式相同。
图9是示出能够在半导体装置中使用的各种电阻的温度系数的图。在图9中，横轴表示温度(℃)，纵轴表示电阻值变化率ΔR/R(ppm)。电阻RA例如是N型的扩散电阻，电阻RB例如是P型的扩散电阻，电阻RC例如是N型的多晶硅电阻，电阻RD例如是P型的多晶硅电阻。
例如，扩散电阻由在半导体衬底上形成的N型或者P型的杂质扩散区域构成，多晶硅电阻由在半导体衬底上隔着绝缘膜而形成的包含N型或者P型的杂质的多晶硅构成。如图9所示，电阻RA以及RB具有正的温度系数，电阻RC以及RD具有负的温度系数。
因此，如式(6)所示，作为对偏置电流Iosc的温度特性造成影响的电流调整电阻R5，能够使用具有期望的温度系数的电阻。偏置电流生成电路40可以包含具有与带隙参考电路30中包含的电阻R1～R4的温度系数不同的温度系数的电流调整电阻R5，并根据参考电压Vref以及电流调整电阻R5的电阻值，生成振荡级电路的偏置电流Iosc。这样，通过从各种电阻中选择具有期望的温度系数的电阻而使用，能够使偏置电流Iosc的温度特性的设定自由度变大。
例如，作为图1所示的带隙参考电路30中包含的电阻R1～R4，使用电阻RC或者RD，作为偏置电流生成电路40中包含的电流调整电阻R5，使用电阻RA或者RB。在该情况下，电流调整电阻R5具有比带隙参考电路30中包含的电阻R1～R4的温度系数大的温度系数。由此，能够使式(6)所表示的偏置电流Iosc的温度特性的倾斜向负侧旋转，能够使偏置电流Iosc相对于基于温度的石英振动体11的阻抗变化或者可变电容元件CV1和CV2的灵敏度变化的校正量变大。
这样，在第2实施方式中，由于能够通过作为电流调整电阻R5而使用的电阻的种类来调整偏置电流Iosc的温度特性，因此，参考电压Vref的大小也可以不根据温度而变化。例如，通过在图1所示的振荡器中省略电阻R1，也可以如图4所示，设R1＝0、R2＝Rc，使参考电压Vref与带隙参考电压Vbgr相等。
根据第2实施方式，作为对振荡级电路中的偏置电流Iosc的温度特性造成影响的电流调整电阻R5，从各种电阻中选择具有适当的温度系数的电阻而使用，由此能够提供降低由石英振动体11的阻抗或者可变电容元件CV1和CV2的灵敏度的温度依赖性导致的振荡频率的变动、从而具有高精度的频率温度特性的振荡器。
<第3实施方式>
图10是示出本发明第3实施方式的振荡器的结构例的电路图。在第3实施方式中，在带隙参考电路30中，电阻R1以及R2的电阻值可变，或者，在偏置电流生成电路40中，能够选择电流调整电阻，并设置对它们进行设定的设定电路50。设定电路50可以内置于半导体装置(IC)来构成振荡器的一部分。关于其他的点，第3实施方式可以与第1实施方式相同。
带隙参考电路30包含电阻值可变的电阻R1以及R2。电阻R1以及R2各自包含例如具有互相不同的电阻值的多个电阻、以及分别与这些电阻连接的多个传输门。设定电路50例如包含由存储器等构成的存储部，将从外部供给的数据存储于存储部。
在设定电路50的存储部中存储有用于电阻R1以及R2的电阻值设定的设定数据。设定电路50按照存储于存储部的设定数据，生成使多个传输门分别开或者关的多个控制信号并向电阻R1以及R2供给，由此，设定电阻R1以及R2的电阻值。
或者，偏置电流生成电路40包含温度系数不同的多个电阻R5a和R5b以及选择多个电阻R5a和R5b中的1个的选择器41。例如，电阻R5a是N型或者P型的扩散电阻，电阻R5b是N型或者P型的多晶硅电阻。选择器41例如由多路复用器等构成。
在设定电路50的存储部中存储有用于电流调整电阻的选择的选择数据。设定电路50按照存储于存储部的选择数据，生成用于从多个电阻R5a以及R5b中选择电流调整电阻的选择信号并向选择器41供给。由此，选择器41选择电流调整电阻。
根据第3实施方式，在作为图10所示的石英振动体11，从多个种类的石英振动体中选择期望种类的石英振动体而使用的情况下，由于能够根据石英振动体11的阻抗等的温度依赖性来变更偏置电流Iosc的温度特性，因此，能够提供降低由石英振动体11的阻抗等的温度依赖性导致的振荡频率的变动、从而具有高精度的频率温度特性的振荡器。
<电子设备>
接下来，对使用了本发明的任意一个实施方式的振荡器的电子设备进行说明。
图11是示出本发明一个实施方式的电子设备的第1结构例的框图。该电子设备包含本发明的任意一个实施方式的振荡器110、CPU 120、操作部130、ROM(只读存储器)140、RAM(随机存取存储器)150、通信部160、显示部170以及声音输出部180。另外，可以省略或者变更图11所示的结构要素的一部分，或者，也可以对图11所示的结构要素附加其他的结构要素。
振荡器110以温度补偿后的振荡频率进行振荡动作，由此，生成时钟信号。通过振荡器110生成的时钟信号经由CPU 120等向电子设备的各部分供给。
CPU 120与从振荡器110供给的时钟信号同步地动作，根据存储于ROM 140等的程序进行各种信号处理和控制处理。例如，CPU 120根据从操作部130供给的操作信号进行各种信号处理，或者控制通信部160来与外部之间进行数据通信。或者，CPU 120生成用于在显示部170上显示各种图像的图像信号，或者生成用于向声音输出部180输出各种声音的声音信号。
操作部130例如是包含操作键或按钮开关等的输入装置，将与用户的操作对应的操作信号向CPU 120输出。ROM 140存储用于供CPU 120进行各种信号处理和控制处理的程序和数据等。此外，RAM 150用作CPU 120的作业区域，暂时存储从ROM 140读出的程序和数据、使用操作部130而输入的数据、或者CPU 120根据程序而执行的运算结果等。
通信部160例如由模拟电路以及数字电路构成，进行CPU 120与外部装置之间的数据通信。显示部170例如包含LCD(液晶显示装置)等，根据从CPU 120供给的图像信号显示各种信息。此外，声音输出部180包含例如扬声器等，根据从CPU 120供给的声音信号输出声音。
作为上述电子设备，例如，符合的有移动电话等移动终端、智能卡、计算器、电子词典、电子游戏设备、数字静态照相机、数字电影、电视、视频电话、防盗用电视监视器、头戴显示器、个人计算机、打印机、网络设备、汽车导航装置、测量设备以及医疗设备(例如，电子体温计、血压计、血糖计、心电图测量装置、超声波诊断装置以及电子内窥镜)等。
图12是示出本发明一个实施方式的电子设备的第2结构例的框图。在该例中，对时钟以及定时器进行说明。本发明一个实施方式的时钟包含本发明的任意一个实施方式的振荡器110、分频器111、操作部130、显示部170、声音输出部180以及计时部190。此外，本发明一个实施方式的定时器包含控制部200来替代声音输出部180。另外，可以省略或者变更图12所示的结构要素的一部分，或者，也可以对图12所示的结构要素附加其他的结构要素。
分频器111例如由多个触发器等构成，对从振荡器110供给的时钟信号进行分频，生成计时用的分频时钟信号。计时部190例如由计数器等构成，根据从分频器111供给的分频时钟信号进行计时动作，生成表示当前时刻或警报时刻的显示信号、用于产生警报声的警报信号。
操作部130用于对计时部190设定当前时刻或警报时刻。显示部170根据从计时部190供给的显示信号，显示当前时刻或警报时刻。声音输出部180根据从计时部190供给的警报信号产生警报声。
在定时器的情况下，设置定时器功能来代替警报功能。即，计时部190生成表示当前时刻与设定时刻一致的定时器信号。控制部200根据从计时部190供给的定时器信号，使与定时器连接的设备开或者关。
根据本实施方式，能够提供按照由振荡器110生成的准确的时钟信号进行动作的电子设备，其中，振荡器110降低由石英振动体的阻抗等的温度依赖性导致的振荡频率的变动、从而具有高精度的频率温度特性。
<移动体>
接下来，对使用了本发明的任意一个实施方式的振荡器的移动体进行说明。作为移动体，例如，符合的有汽车、自行走机器人、自行走运送设备、火车、船舶、飞机、或者人工卫星等。
图13是示出本发明一个实施方式的移动体的结构例的框图。如图13所示，该移动体包含本发明的任意一个实施方式的振荡器110，而且，搭载有电子控制式燃料喷射装置210、电子控制式ABS装置220、或者电子控制式恒速行驶装置230等各种电子控制式装置。另外，可以省略或者变更图13所示的结构要素的一部分，或者也可以对图13所示的结构要素附加其他的结构要素。
振荡器110以温度补偿后的振荡频率进行振荡动作，由此，生成时钟信号。通过振荡器110生成的时钟信号被供给到电子控制式燃料喷射装置210、电子控制式ABS装置220、或者电子控制式恒速行驶装置230等。
电子控制式燃料喷射装置210与从振荡器110供给的时钟信号同步地动作，在汽油发动机等预混合燃烧装置中，在规定的时刻吸入液体的燃料并以雾状喷射。电子控制式ABS(防抱死制动系统)装置220与从振荡器110供给的时钟信号同步地动作，在以施加制动的方式进行操作时，反复下述动作：逐渐强力地驱动制动器，当移动体开始滑动时，暂时缓解制动，然后再次驱动。电子控制式恒速行驶装置230与从振荡器110供给的时钟信号同步地动作，监视移动体的速度，并且以使移动体的速度为恒定的方式控制加速或者制动等。
根据本实施方式，能够提供按照由振荡器110生成的准确的时钟信号而进行动作的移动体，其中，振荡器110降低由石英振动体的阻抗等的温度依赖性导致的振荡频率的变动、从而具有高精度的频率温度特性。
在上述实施方式中，对使用了石英振动体的振荡器进行了说明，但本发明不限于以上说明的实施方式，也能够应用于使用了石英以外的压电体等的振荡器。这样，对于在该技术领域中具有通常的知识的人来说，能够在本发明的技术思想内进行多种变形。

Claims (11)

1.一种振荡器，其中，该振荡器具有：
振荡级电路，其连接于振动体的第1电极与第2电极之间，进行振荡动作；
可变电容元件，其与所述振动体的第1电极或者第2电极连接，调节振荡频率；
带隙参考电路，其使用插入到电流路径的电阻，生成大小根据温度而变化的参考电压，所述电流路径中流过大小根据温度而变化的电流；以及
偏置电流生成电路，其根据所述参考电压生成所述振荡级电路的偏置电流，由此降低由所述振动体的阻抗的温度依赖性或者所述可变电容元件的灵敏度的温度依赖性导致的振荡频率的变动。
2.根据权利要求1所述的振荡器，其中，
所述带隙参考电路具有：第1电阻、第2电阻和第1晶体管或者第1二极管串联连接的第1电流路径；以及第3电阻、并联连接的多个第2晶体管或者多个第2二极管和第4电阻串联连接的第2电流路径，在所述第1电阻与所述第2电阻的连接点处生成所述参考电压。
3.根据权利要求1所述的振荡器，其中，
所述偏置电流生成电路包含具有与所述带隙参考电路中包含的电阻的温度系数不同的温度系数的电流调整电阻，根据所述参考电压以及所述电流调整电阻的电阻值，生成所述振荡级电路的偏置电流。
4.根据权利要求3所述的振荡器，其中，
所述电流调整电阻具有比所述带隙参考电路中包含的电阻的温度系数大的温度系数。
5.根据权利要求1所述的振荡器，其中，
所述偏置电流生成电路供给具有比在所述带隙参考电路的电流路径中流过的电流的温度依赖性小的温度依赖性的偏置电流。
6.一种振荡器，其中，该振荡器具有：
振荡级电路，其连接于振动体的第1电极与第2电极之间，进行振荡动作；
可变电容元件，其与所述振动体的第1电极或者第2电极连接，调节振荡频率；
带隙参考电路，其生成参考电压；以及
偏置电流生成电路，其包含具有与所述带隙参考电路中包含的电阻的温度系数不同的温度系数的电流调整电阻，根据所述参考电压以及所述电流调整电阻的电阻值生成所述振荡级电路的偏置电流，由此降低由所述振动体的阻抗的温度依赖性或者所述可变电容元件的灵敏度的温度依赖性导致的振荡频率的变动。
7.根据权利要求6所述的振荡器，其中，
所述电流调整电阻具有比所述带隙参考电路中包含的电阻的温度系数大的温度系数。
8.根据权利要求6所述的振荡器，其中，
所述偏置电流生成电路供给具有比在所述带隙参考电路的电流路径中流过的电流的温度依赖性小的温度依赖性的偏置电流。
9.一种振荡器，其中，该振荡器具有：
振荡级电路，其连接于振动体的第1电极与第2电极之间，进行振荡动作；
可变电容元件，其与所述振动体的第1电极或者第2电极连接，调节振荡频率；
带隙参考电路，其生成参考电压；
偏置电流生成电路，其根据所述参考电压和电流调整电阻的电阻值，生成所述振荡级电路的偏置电流；以及
设定电路，其按照存储于存储部的数据，设定所述带隙参考电路中包含的电阻的值、或者生成用于从多个电阻中选择所述电流调整电阻的选择信号。
10.一种电子设备，其中，该电子设备具有权利要求1所述的振荡器。
11.一种移动体，其中，该移动体具有权利要求1所述的振荡器。
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