CN1667943A - 函数产生电路和用于函数产生电路的温度特性控制方法 - Google Patents

函数产生电路和用于函数产生电路的温度特性控制方法 Download PDF

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CN1667943A CN200410094231.XA CN200410094231A CN1667943A CN 1667943 A CN1667943 A CN 1667943A CN 200410094231 A CN200410094231 A CN 200410094231A CN 1667943 A CN1667943 A CN 1667943A
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Abstract

函数产生电路包括：用于输出具有线性温度特性的输出电流(Ilin)或具有线性温度特性的输出电压(Vlin)的温度传感器1，用于接收传感器1的输出电流(Ilin)或输出电压(Vlin)来作为输入并产生三次温度特性电压(Vcub)的三次函数产生电路2，以及用于记录控制数据来控制三次函数产生电路2的输出特性的控制数据存储电路3，在该函数产生电路中，从外部控制终端4将外部控制信号提供给温度传感器1，以使该传感器可变地输出输出电流(Ilin)或输出电压(Vlin)，从而可以在通常温度下控制三次函数产生电路2的温度特性。

Description

函数产生电路和用于函数产生电路的温度特性控制方法
技术领域
本发明涉及用于晶体振荡电路的温度补偿中的函数产生电路，以及用于该函数产生电路的温度特性控制方法。
背景技术
图9显示了现有技术中用于温度补偿晶体振荡器中的函数产生电路的第一配置实例。该传统的函数产生电路包括：温度传感器101，用来输出具有线性温度特性的输出电流(llin)或具有线性温度特性的输出电压(Vlin)；三次函数产生电路102，用来接收来自温度传感器101的具有线性温度特性的输出电流(llin)或输出电压(Vlin)，并产生与之成正比的三次温度特性电压(Vcub)；以及PROM(可编程ROM)103，用来记录用于控制三次函数产生电路102的输出特性的控制数据(例如三次函数的系数，常量等)(例如，参见日本专利No.3310550)。
同时，图10显示了现有技术中函数产生电路的第二配置实例，还显示了图9所示温度传感器101的更具体的电路实例。在温度传感器101中，第一电流镜电路包括NPN晶体管Q1、Q2和Q3，电阻R1连接到NPN晶体管Q1的发射极作为初级端，电阻R2连接到NPN晶体管Q2的发射极作为第一次级端，以及电阻R3连接到NPN晶体管Q3的发射极作为第二次级端。
这里，电阻R1和R2在电阻值和温度特性上都是相同的，而电阻R3与电阻R2在电阻值上相同(在温度为27℃时)而在温度特性上不同。同时，将具有不受温度改变影响的特性的恒定电流I0提供给NPN晶体管Q1的集极作为第一电流镜电路的初级端。与此相应的是，电流I1(＝I0)流入电阻R2，而根据随温度变化的电阻R2和电阻R3的电阻值而从I0偏离的电流I3流经电阻R3。在此情况下，当R3的电阻值等于R2的电阻值时(在温度为27℃时)给定I1＝I3。
同时，在温度传感器101中，建立包含PNP晶体管Q4，Q5的第二电流镜电路，将第二电流镜电路初级端上PNP晶体管Q4的集极和基极连接到NPN晶体管Q2的集极上作为第一电流镜电路的次级端，将第二电流镜电路次级端上PNP晶体管Q5的集极连接到NPN晶体管Q3的集极上作为第一电流镜电路的第二次级端。这样，将电流I1(＝I0)提供给PNP晶体管Q4的集极，并将电流I2(＝I1)提供给次级端上PNP晶体管Q5的集极。电流I1，I2都是不受温度改变影响的恒定电流。
根据这样的配置，从温度传感器101输出由于在第一电流镜电路的发射极电阻R2和R3之间温度特性的区别而导致的在电流I2和I3之间的电流误差分量(12-13)，作为具有几乎随温度作线性变化的线性温度特性的输出电流(llin)，然后将该电流误差分量(12-13)输入到三次函数产生电路102(例如，参见日本专利No.3129240)。
然而，在以上所述传统的函数产生电路102中，为了估计三次函数产生电路102的三次温度特性输出电压的温度特性、然后基于记录在PROM 103中的控制数据来控制其特性，至多存在当实际改变函数产生电路的环境温度的时候控制该特性的方法。结果，就需要额外的时间和成本并提高了成本。
发明内容
根据在相关技术的上述环境中使用了本发明，本发明目的是提供一种函数产生电路和一种用于该函数产生电路的温度特性控制方法，其能够在预定温度下估计函数产生电路的温度特性。
本发明的函数产生电路包括：用于输出响应环境温度的温度特性信号的温度传感器；用于基于该温度特性信号产生具有与环境温度相应的特性的函数信号的函数产生部分；用于记录控制数据来控制该函数信号特性的控制数据存储部分；以及用于输入外部控制信号来改变函数产生部分的输入的外部输入部分。
根据这样的配置，可以在预定温度下估计用于晶体振荡电路温度补偿的函数产生电路的温度特性等。
同时，在本发明的函数产生电路中，外部输入部分连接到温度传感器，而且在环境温度处于预定温度的状态下，响应输入的外部控制信号，温度传感器输出与温度特性信号具有相关性的信号，该温度特性信号相应于从预定温度偏离一个所需温度的温度。
根据这个配置，将外部控制信号输入到温度传感器，并且将相关于与从预定温度偏离了一个温度的温度相应的温度特性信号的信号输出到温度传感器。这样，可以在预定温度下估计用在晶体振荡电路温度补偿中的函数产生电路的温度特性等。
同时，在本发明的函数产生电路中，该温度传感器包括：第一导电类型的第一晶体管，其集极连接到恒定电流源而其基极连接到其集极，第一导电类型的第二晶体管，其基极连接到第一晶体管的基极；第一导电类型的第三晶体管，其基极连接到第一晶体管和第二晶体管的基极；连接到第一晶体管发射极上的第一电阻，连接到第二晶体管发射极上的第二电阻，第二电阻与第一电阻在温度特性上几乎相同；连接到第三晶体管发射极上的第三电阻，在预定温度下第三电阻与第二电阻在电阻值上几乎相同但在温度特性上不同；第二导电类型的第四晶体管，其集极和基极连接到第二晶体管的集极，而且其导电类型与第一导电类型不同；第二导电类型的第五晶体管，其集极连接到第三晶体管的集极而其基极连接到第四晶体管的基极；在第三晶体管的集极和第五晶体管的集极之间连接的输出终端来输出温度特性信号，以及外部输入部分连接在第三晶体管的发射极和第三电阻之间。
根据这个配置，外部输入部分连接在第三晶体管的发射极和第三电阻之间，而且从该外部输入部分输入外部控制信号，并且将相关于与从预定温度偏离了所需温度的温度相应的温度特性信号的信号输出到温度传感器。这样，就可以在预定温度下估计函数产生电路的温度特性。
同时，在本发明的函数产生电路中，温度传感器包括：第一导电类型的第一晶体管，其集极连接到恒定电流源而其基极连接到集极；第一导电类型的第二晶体管，其基极连接到第一晶体管的基极；第一导电类型的第三晶体管，其基极连接到第一晶体管和第二晶体管的基极；连接到第一晶体管发射极上的第一电阻，连接到第二晶体管发射极上的第二电阻，第二电阻与第一电阻在温度特性上几乎相同；连接到第三晶体管发射极上的第三电阻，第三电阻与第二电阻在温度特性上不同；第二导电类型的第四晶体管，其集极和基极连接到第二晶体管的集极，而且其导电类型与第一导电类型不同；第二导电类型的第五晶体管，其集极连接到第三晶体管的集极而其基极连接到第四晶体管的基极；连接到第四晶体管发射极上的第四电阻，第四电阻与第三电阻在温度特性上几乎相同；连接到第五晶体管发射极上的第五电阻，第五电阻与第一电阻在温度特性上几乎相同；在第三晶体管的集极和第五晶体管的集极之间连接的输出终端来输出温度特性信号，其中在预定温度下第二电阻的电阻值与第三电阻的电阻值的比率几乎等于第四电阻的电阻值与第五电阻的电阻值的比率；以及外部输入部分连接在第三晶体管的发射极和第三电阻之间。
根据这个配置可以增强温度传感器的灵敏度，还可以降低各个电阻的电阻值，还可以使恒定电流源的电流值变小。因此，可以实现设备的尺寸减小和功率节省。
同时，在本发明的函数产生电路中，该温度传感器包括：第一导电类型的第一MOS晶体管，其漏极连接到恒定电流源而其栅极连接到其漏极；第一导电类型的第二MOS晶体管，其栅极连接到第一MOS晶体管的栅极；第一导电类型的第三MOS晶体管，其栅极连接到第一MOS晶体管和第二MOS晶体管的栅极；连接到第一MOS晶体管源极上的第一电阻，连接到第二MOS晶体管源极上的第二电阻，第二电阻与第一电阻在温度特性上几乎相同；连接到第三MOS晶体管源极上的第三电阻，在预定温度下第三电阻与第二电阻在电阻值上几乎相同但在温度特性上不同；第二导电类型的第四MOS晶体管，其漏极和栅极连接到第二MOS晶体管的漏极，而且其导电类型与第一导电类型不同；第二导电类型的第五MOS晶体管，其漏极连接到第三MOS晶体管的漏极而其栅极连接到第四MOS晶体管的栅极；在第三MOS晶体管的漏极和第五MOS晶体管的漏极之间连接的输出终端来输出温度特性信号，以及外部输入部分连接在第三MOS晶体管的源极和第三电阻之间。
根据这种配置，外部输入部分连接在第三MOS晶体管的源极和第三电阻之间，还从该外部输入部分输入外部控制信号，而且将相关于与从预定温度偏离了所需温度的温度相应的温度特性信号的信号输出到温度传感器。因此，可以在预定温度下估计函数产生电路的温度特性。
同时，在本发明的函数产生电路中，温度传感器包括：第一导电类型的第一MOS晶体管，其漏极连接到恒定电流源而其栅极连接到其漏极；第一导电类型的第二MOS晶体管，其栅极连接到第一MOS晶体管的栅极；第一导电类型的第三MOS晶体管，其栅极连接到第一MOS晶体管和第二MOS晶体管的栅极；连接到第一MOS晶体管源极上的第一电阻，连接到第二MOS晶体管源极上的第二电阻，第二电阻与第一电阻在温度特性上几乎相同；连接到第三MOS晶体管源极上的第三电阻，第三电阻与第二电阻在温度特性上不同；第二导电类型的第四MOS晶体管，其漏极和栅极连接到第二MOS晶体管的漏极，而且其导电类型与第一导电类型不同；第二导电类型的第五MOS晶体管，其漏极连接到第三MOS晶体管的漏极而其栅极连接到第四MOS晶体管的栅极；连接到第四MOS晶体管源极上的第四电阻，第四电阻与第三电阻在电阻值和温度特性上都几乎相同；连接到第五MOS晶体管源极上的第五电阻，第五电阻与第一电阻在电阻值和温度特性上都几乎相同；在第三MOS晶体管的漏极和第五MOS晶体管的漏极之间连接的输出终端来输出温度特性信号，其中在预定温度下第二电阻的电阻值与第三电阻的电阻值的比率几乎等于第四电阻的电阻值与第五电阻的电阻值的比率；以及外部输入部分连接在第三MOS晶体管的源极和第三电阻之间。
根据这个配置可以增强温度传感器的灵敏度，还可以降低各个电阻的电阻值，还可以使恒定电流源的电流值变小。因此，可以实现设备的尺寸减小和功率节省。
同时，本发明的函数产生电路进一步包括选择部分，用于从来自外部输入部分的外部控制信号和和温度特性信号中选择任一个来输出所选择的信号给函数产生部分。
根据这种配置，将外部控制信号直接输入给函数产生部分，将相关于与从预定温度偏离了所需温度的温度相应的温度特性信号的信号输出到温度传感器。这样，就可以在预定温度下估计函数产生电路的温度特性。
同时，在本发明的函数产生电路中，该函数信号具有三次函数的特性。
根据这种配置，甚至当该函数产生电路用在采用具有三次函数的频率-温度特性的晶体振荡器的振荡器中时，也可以在预定温度下估计该函数产生电路的温度特性等。
本发明的温度补偿晶体振荡电路包括所述函数产生电路；以及其振荡频率基于由函数产生电路输出的函数信号而受到控制的振荡电路。
根据这种配置，可以在预定温度下估计用在温度补偿晶体振荡电路中的函数产生电路的温度特性。
本发明的晶体振荡模块包括：所述温度补偿晶体振荡电路；以及晶体振荡器。
根据这种配置，可以在预定温度下估计用在晶体振荡模块中的函数产生电路的温度特性。
本发明的通讯终端包括该晶体振荡模块。
根据这种配置，可以提供具有高精度晶体振荡模块并能够在预定温度下估计温度特性的通信终端。
本发明的通讯终端包括：所述温度补偿晶体振荡电路；以及晶体振荡器。
根据这种配置，可以提供具有高精度温度补偿晶体振荡电路并能够在预定温度下估计温度特性的通信终端。
本发明用于函数产生电路的温度特性控制方法，该函数产生电路具有：用于输出响应环境温度的温度特性信号的温度传感器，用于基于该温度传感器的输出信号产生函数信号的函数产生部分，以及用于记录控制数据来控制函数信号的控制数据存储部分，该温度特性控制方法包括步骤：在环境温度处于预定温度的状态下将外部控制信号输入温度传感器的步骤；以及产生响应温度特性信号的函数信号的步骤，该温度特性信号响应该输入的外部控制信号而输出。
根据这种配置，可以提供用于该函数产生电路并能够在预定温度下控制温度特性的温度特性控制方法。
根据本发明，可以提供能够在预定温度下估计函数产生电路的温度特性的函数产生电路以及用于该函数产生电路的温度特性控制方法。
附图说明
图1显示了函数产生电路的配置实例以解释本发明第一实施例。
图2显示了温度传感器的第一电路配置实例。
图3显示了温度传感器的第二电路配置实例。
图4显示了温度传感器的第三电路配置实例。
图5显示了温度传感器的第四电路配置实例。
图6显示了函数产生电路的配置实例以解释本发明第二实施例。
图7(a)-(e)是根据本发明实施例的函数产生电路的各个部分输出信号的特性图。
图8显示了输出电压Vcub的温度特性测量结果。
图9显示了现有技术中的函数产生电路的第一配置实例。
图10显示了现有技术中的函数产生电路的第二配置实例。
具体实施方式
(第一实施例)
图1显示了函数产生电路的示意性配置以解释本发明第一实施例，例如，用于温度补偿晶体振荡器(TCXO)的函数产生电路。如图1所示，本实施例的函数产生电路具有温度传感器1，三次函数产生电路2，控制数据存储电路3和外部控制终端4。
温度传感器1输出响应环境温度的温度特性信号，例如具有与温度成正比的线性温度特性的输出电流(Ilin)或具有与温度成正比的线性温度特性的输出电压(Vlin)。三次函数产生电路2接收基于温度特性信号的、具有响应环境温度的函数信号作为输入，例如来自温度传感器1的具有线性温度特性的输出电流(Ilin)或来自温度传感器1的具有线性温度特性的输出电压(Vlin)，接着产生与该输入成正比的三次温度特性电压Vcub。
控制数据存储电路3具有PROM(可编程ROM)，RAM(随机存取存储器)等。并且控制数据存储电路3根据在PROM等中记录的控制数据(例如，三次函数的系数，常量等)来控制三次函数产生电路2的输出特性。
同时，还为温度传感器1提供外部控制终端4。通过将诸如控制电压(Vinput)或控制电流(Iinput)那样的外部控制信号应用于外部控制终端4，就能够可变地控制温度传感器1在预定温度(例如普通温度T0)的输出电流值(Ilin)或输出电压值(Vlin)。就是说，添加能够改变三次函数产生电路2的输入的功能。在这种情况下，在本实施例中解释了将预定温度设定为通常温度T0(如，27℃)的情况，但本发明并不限于该实施例。
根据这种配置，温度传感器1从外部控制终端4接收控制电压Vinput或控制电流Iinput，接着改变输出电流值(Ilin)或输出电压值(Vlin)以致该输出电流值(Ilin)或输出电压值(Vlin)与温度传感器1的温度特性有关。这样，就可以在通常温度下人为地估计三次函数产生电路2产生的三次温度特性电压的特性，接着可以通过使用在控制数据存储电路3中所记录的控制数据(例如三次函数的系数，常量等)来控制该特性。结果，由于该三次函数产生电路2的温度特性在普通温度下受到控制，例如，在用诸如TCXO等带有石英的晶体振荡电路制造产品的时候，可以在通常温度下进行对该晶体振荡电路的振荡频率的温度补偿控制。
图2显示了温度传感器1的第一电路配置实例，还显示了图1中所示的温度传感器1作为更具体的电路实例。在温度传感器1中，建立具有NPN晶体管Q1，Q2和Q3的第一电流镜电路，而且电阻R1连接到NPN晶体管Q1的发射极作为初级端，电阻R2连接到NPN晶体管Q2的发射极作为第一次级端，电阻R3连接到NPN晶体管Q3的发射极作为第二次级端。
在这里，电阻R1和R2在电阻值和温度特性上大同小异，电阻R3与电阻R2在通常温度时的电阻值上大同小异而在温度特性上却不相同。
同时，将具有受到温度改变影响的特性的恒定电流I0提供给第一电流镜电路的初级端上的NPN晶体管Q1的集极。与此相应的是，电流I1(＝I0)流入电阻R2，而且根据在电阻R3和电阻R2的电阻值上的温度改变而改变的电流I3流入电阻R3。在此情况下，当R3的电阻值等于R2的电阻值时(T0)给定I1＝I3。
同时，在温度传感器1中，建立具有PNP晶体管Q4，Q5的第二电流镜电路。将第二电流镜电路初级端上PNP晶体管Q4的集极和基极连接到NPN晶体管Q2的集极作为第一电流镜电路的次级端。
将第二电流镜电路冷却端上PNP晶体管Q5的集极连接到NPN晶体管Q3的集极作为第一电流镜电路的第二次级端。于是，将电流I1(＝I0)提供给初级端上PNP晶体管Q4的集极，并将电流I2(＝I1)提供给次级端上PNP晶体管Q5的集极。电流I1，I2都是不受温度改变影响的恒定电流。
根据这样的配置，输出由于在第一电流镜电路的发射极电阻R2和R3之间温度特性上的差异而导致的在电流I2和I3之间的电流误差分量(12-13)作为温度传感器1的输出电流(llin)，该电流几乎随着温度作线性改变。
然后，在通常温度下从连接到在第一电流镜电路的第二次级端上NPN晶体管Q3的发射极电阻R3的外部控制终端4输入控制电压(Vinput)。接着，改变输出电流值(Ilin)使其与温度传感器1的温度特性相关。这样，就可以在通常温度下人为地估计三次函数产生电路2产生的三次温度特性电压的特性，然后通过使用记录在控制数据存储电路3中的控制数据来控制该特性。
接着，以下将解释图2所示温度传感器的具体操作以及温度特性控制原理。
图7(a)显示了温度传感器1的输出电流(Ilin)或输出电压(Vlin)的关于温度的输出特性。将参考图2所示温度传感器电路的操作来解释该特性的一个具体实例。
在图2的温度传感器中的具有NPN晶体管Q1，Q2，Q3的第一电流镜电路中，将温度特性和电阻值几乎相同的电阻R1和R2分别连接到NPN晶体管Q1的发射极和NPN晶体管Q2的发射极。这样，具有与I0大同小异的特性且不受温度改变的影响(I1＝I0)的恒定电流I1流入电阻R2。
将电阻R3连接到NPN晶体管Q3的发射极上，该电阻R3在通常温度下与分别连接到Q1和Q2发射极上的电阻R1，R2在电阻值上大同小异，但在温度特性上不同。这样，当温度偏离通常温度时，在电阻R3和R2之间的温度特性上从I0改变一个差值分量的电流流入R3。同时，由于电流I2是通过使用具有NPN晶体管Q4，Q5的第二电流镜的I1镜像电流，因此这样的电流I2是像I1那样不受温度改变的影响的恒定电流。
这里，通过以下公式给定关于温度T的电流I3
I3{1-(T-T0)×(Δr2t-Δr1t)}×I0  …(1)
其中，Δr1t是电阻R2的线性温度特性系数，Δr2t是电阻R3的线性温度特性系数，同时，通过以下公式给定电流I2
I2＝I0                             …(2)
然后，在温度传感器1的输出端，输出I2和I3之间关于温度改变的电流误差分量，作为输出电流Ilin。因此，根据公式(1)、(2)，通过以下公式给定Ilin
Ilin＝I2-I3
       (T-T0)×(Δr2t-Δr1t)×I0  …(3)
因此，如图7(a)所示，Ilin显示了输出电流特性关于温度T的线性改变。
图7(b)显示了三次函数产生电路2的输出电压(Vcub)关于温度T的输出特性。将参考图2所示电路实例的操作来解释该特性的特定实例。该函数产生电路2输出通过以下获得的输出电压(Vcub)：相加与该输入中输入电流值的三次幂成正比的分量，与一次幂成正比的分量，以及与零次幂成正比的分量。
这里，由于用公式(3)表示输入电流Ilin，所以通过以下公式给出输出电压(Vcub)
Vcub＝α×Ilin3+β×Ilin+γ
    α×{(T-T0)×(Δr2t-Δr1t)×I0}3+β×{(T-T0)×(Δr2t-Δr1t)×I0}+γ    …(4)
其中，α是三次幂的比例系数，β是一次幂的比例系数，γ零次幂的比例系数。因此如图7(b)所示，输出电压(Vcub)展示了相对于温度三次变化的输出电压特性。
接着，以下将解释该情况的一个实例，其中将控制电压(Vinput)或控制电流(Iinput)输入温度传感器1的外部控制终端4以便改变该温度传感器的输出电压(Vinput)或输出电流(Iinput)。
图7(c)显示了温度传感器的输出电流(Ilin)或输出电压(Vlin)的关于控制电压(Vinput)或控制电流(Iinput)的输出特性。将参考图2所示温度传感器的操作来解释该特性的特定实例。
外部控制终端4连接在NPN晶体管Q3和发射极电阻R3之间。例如，当在通常温度(T＝T0)下将控制电压(Vinput)输入到外部控制终端4时，这种情况等同于将R3的电阻值改变一个数量的情况，其中通过在输入Vinput之前在Vinput和Q3的发射极电压VEdef之间的差异除以I0而得该数量。将I0
因此，通过公式(5)给出电流I3，其中通过公式(6)给出VEdef。
I3{1-(Vinput-VEdef)/(I0-I3)}×I0  …(5)
Vedef＝I0×R3                       …(6)
根据公式(2)，(5)，(6)，由以下公式给出温度传感器1此时的输出电流Ilin
Ilin＝I2-I3(Vinput/R3)-I0         …(7)
结果，如图7(c)所示，输出电流Ilin显示了根据控制电压(Vinput)而线性变化的特性。
图7(e)显示了三次函数产生电路2的输出电压(Vcub)关于控制电压(Vinput)或控制电流(Iinput)的输出特性。将参考图2所示温度传感器1的电路操作来解释该特性的特定实例。与图7(b)一样，由于用公式(7)表示输入电流Ilin，因此通过以下公式给出输出电压(Vcub)
Vcub＝α×Ilin3+β×Ilin+γ
    α×(Vinput/R3-I0)3+β×(Vinput/R3-I0)+γ  …(8)
因此，如图7(e)所示，输出电压(Vcub)变成根据控制电压(Vinput)而三次变化的输出电压。从以上解释可以理解输出电压(Vcub)具有根据温度T和控制电压(Vinput)两者而三次变化的特性。
现在可以如图7(d)地表示关于图2中三次输出电压(Vcub)的、在温度T与控制电压(Vinput)或控制电流(Iinput)之间的相关性。还可以通过使用图2中的实例来解释该特定实例。根据由公式(3)(7)所给定的关系，通过公式(9)给出该控制电压(Vinput)并能够由线性相关来表示，如图7(d)所示。
Vinput＝{1+(Δr2t-Δr1t)×(T-T0)}×I0×R3  …(9)
以上所述参考图2解释了本实施例的温度传感器的电路配置实例。然后，以下将解释该温度传感器的另一电路配置实例。
例如，在图3所示温度传感器的第二电路配置实例中，温度传感器1a包括MOS晶体管。即用NchMOS晶体管代替图2所示温度传感器1中的NPN晶体管并用PchMOS晶体管代替PNP晶体管。此外，其特性和效果与图2所示温度传感器的特性和效果相同。照这样，倘若温度传感器1a包括MOS晶体管，则在半导体底板上集成该函数产生电路时就可以实现在集成度上的提高并降低制造成本。
同时，在图4所示温度传感器的第三电路配置实例中，将电阻R4插入到第二电流镜电路初级端上的PNP晶体管Q4的发射极上，该电阻R4与插入到第一电流镜电路第二次极端上的NPN晶体管Q3的发射极上的电阻R3具有几乎相同的温度特性。同时，将电阻R5插入到第二电流镜电路次级端上的PNP晶体管Q5的发射极上，该电阻R5与插入到第一电流镜电路第一次极端上的NPN晶体管Q2的发射极上的R2具有几乎相同的温度特性。
这里，在通常温度T0下电阻R4的电阻值与电阻R5的电阻值的比率几乎与电阻R2的电阻值与电阻R3的电阻值的比率相同。
因此，基于温度特性所获得的温度传感器1b的输出电流(Ilin)变成大约为图2所示温度传感器1的输出电流的两倍。但其他特性和效果都与图2所示温度传感器1的特性和效果相同。
在图4所示温度传感器1b的实例中，温度传感器1b的输出电流(Ilin)的温度特性变成大约为图2所示温度传感器1的两倍(提高了其灵敏度)。这样，可以降低电阻R1至R6的电阻值并减小电阻元件端的尺寸(或者可以在半导体底板上集成该温度传感器1时将电阻区域做得很小)，而且同时可以降低恒定电流(I0)的电流值。结果，可以实现设备的尺寸减小和功率节省。
同时，在图5所示温度传感器的第四电路配置实例中，在温度传感器1c的配置中，用NchMOS晶体管代替图4所示温度传感器1b的NPN并用PchMOS晶体管代替PNP晶体管。但是该特性和效果与图4所示温度传感器的特性和效果相同。
图8表示：输出电压Vcub的温度特性的测量结果；以及在通常温度下改变控制电压Vinput时的输出电压Vcub的输出特性的测量结果；作为在实际制造图4所示函数产生电路之后，在上述公式(9)关系的基础上将Vinput的电压值转换为温度T的结果。根据图8可以了解到：输出电压Vcub的输出特性的测量结果与在通常温度下改变控制电压Vinput时的输出电压Vcub的输出特性的测量结果基本相同。
根据第一实施例这样的函数产生电路，如果从温度传感器的外部控制终端4输入控制信号，即控制电压(Vinput)或控制电流(Iinput)，然后改变输出信号以便其与温度传感器1的输出信号的温度特性相关，即输出电流(Ilin)或输出电压(Vlin)，可以在通常温度下人为地估计三次函数产生电路2的三次温度特性电压的温度特性，还可以由控制数据存储电路3来控制输出特性。
因此，倘若制造其中振荡频率基于函数产生电路输出的输出信号而受到控制的温度补偿晶体振荡电路，或制造具有该温度补偿晶体振荡电路和晶体振荡器的晶体振荡模块，就可以在通常温度下进行对晶体振荡电路的振荡频率的温度补偿控制。
特别是，由于晶体振荡电路特性的偏差极其影响诸如移动电话那样的通信设备中的通信质量，因此需要高精度的晶体振荡电路。这样，晶体振荡电路的温度补偿就变得很重要。在这种情况下，既然可以在通常温度下执行温度补偿控制，那么就不需要实际改变环境温度，因此减少了制造所需的时间和步骤。其中可以分别将晶体振荡电路和晶体振荡器提供给通信设备，另外还可以提供包含了晶体振荡电路和晶体振荡器的模块。
在这种情况下，在图2到图5中显示了用于温度传感器1的电压输入/电流输出的特定电路实例。但本发明并不限于这些配置，还可以用任何电压或电流来表示控制信号和输出信号。
(第二实施例)
在第一实施例中显示了这样的实例，其中通过把外部控制终端4提供给温度传感器1来改变来自该温度传感器1的输出电流(Ilin)或输出电压(Vlin)。在本发明第二实施例中，以下将要解释这样一个实例，其中在使用传统的温度传感器的同时直接改变三次函数产生电路2的输入电流或输入电压。
图6显示了函数产生电路的示意性配置实例，用来解释本发明第二实施例。相同的标记表示那些与在第一实施例中所解释的重合的部分。如图6所示，第二实施例的函数产生电路具有温度传感器1d，三次函数产生电路2和控制数据存储电路3。
温度传感器1d输出响应环境温度的温度特性信号，例如与温度成正比的线性温度特性电流(Ilin)或线性温度特性电压(Vlin)。三次函数产生电路2接收基于温度特性信号的、根据环境温度特性的函数信号，例如来自温度传感器1d的线性温度特性电流(Ilin)或线性温度特性电压(Vlin)。然后，三次函数产生电路2生成与该信号成正比的三次温度特性电压(Vcub)。
控制数据存储电路3具有PROM、RAM。该控制数据存储电路3用PROM、RAM中所记录的控制数据(例如三次函数的系数，常量等)来控制三次函数产生电路2的输出特性。
同时，在温度传感器1d的输出与三次函数产生电路2的输入之间插入用于切换连接和断开的开关SW1。同时，提供经由开关SW2直接连接到三次函数产生电路的输入的外部控制终端5。添加这样的功能，其能够通过运用外部控制信号来直接改变三次函数产生电路2的输入电流或输入电压，该控制信号例如是在通常温度下来自外部控制终端5的控制电压(Vinput)或控制电流(Iinput)。
根据这种配置，在接通SW1并断开SW2的情况下，将来自温度传感器1d的输出电流(Ilin)或输出电压(Vlin)输入到三次函数产生电路2以便产生响应温度传感器1d中的正常温度变化的三次温度特性电压(Vcub)。并且在断开SW1并接通SW2的情况下，从外部控制终端5输入控制电压(Vinput)或控制电流(Iinput)且改变三次函数产生电路2的输出电压(Vcub)以便其与来自温度传感器1d的输出电压(Vlin)或输出电流(Ilin)的温度特性相关。这样，可以在通常温度下人为地估计由三次函数产生电路2产生的三次温度特性电压的温度特性。同时，还可以由记录在控制数据存储电路3中的控制数据(例如三次函数的系数，常量等)来控制这种特性。
接下来将解释图6所示函数产生电路的特定操作和温度特性控制原理。
图7(a)显示了来自温度传感器1d关于温度T的输出电流(Ilin)或输出电压(Vlin)。其中温度传感器1d输出具有关于温度的线性特性的电流或电压。这样，由以下公式给定具有线性特性的Ilin或Vlin
Ilin＝B1×(T-T0)+I0    …(10)
Vlin＝B2×(T-T0)+V0    …(11)
其中B1，B2是线性温度系数，而I0，V0是Ilin和Vlin在通常温度下的偏移。
当接通SW1并断开SW2时，将公式(10)或(11)所表示的电流或电压输入到三次函数产生电路2。然后，该三次函数产生电路2输出通过以下获得的输出电压(Vcub)：相加与该输入中输入电流值或电压值的三次幂成正比的分量，与一次幂成正比的分量，以及与零次幂成正比的分量。这样，由以下公式给定该输出电压(Vcub)
Vcub＝α1×Ilin3+β1×Ilin+γ1
 α1×{B1×(T-T0)+I0}3+
 β1×{B1×(T-T0)+I0}+γ1       …(12)
或
Vcub＝α2×Vlin3+β2×Vlin+γ2
 α2×{B2×(T-T0)+V0}3+
 β2×{B2×(T-T0)+V0}+γ2       …(13)
其中，α1，α2是三次幂的比例系数，β1，β2是一次幂的比例系数，γ1，γ2是零次幂的比例系数。因此如图7(b)所示，输出电压(Vcub)展示了根据温度而三次变化的输出特性。
图7(c)显示了当断开SW1并接通SW2时该三次函数产生电路2的输入电流(Ilin)或输入电压(Vlin)关于控制电压(Vinput)或控制电流(Iinput)的特性。此时，既然外部控制终端5直接连接到三次函数产生电路2的输入，那么就由以下公式给定Vlin或Ilin
Vlin＝Vinput                          …(14)
Ilin＝Iinput                          …(15)
因此，由以下公式给定该输出电压(Vcub)
Vcub＝α1×Iinput3+β1×Iinput+γ1    …(16)
或
Vcub＝α2×Iinput3+β2×Iinput+γ2        …(17)
因此如图7(e)所示，该输出电压(Vcub)展示了根据控制信号(即控制电压(Vinput)或控制电流(Iinput))而三次改变的输出特性。
从以上可以看出该输出电压(Vcub)具有根据温度T和控制电压(Vinput)或控制电流(Iinput)而三次改变的特性。
这里，既然根据公式(10)(14)或(11)(15)满足由公式(18)(19)给定的关系，那么如图7(d)所示，可以用线性相关来表示关于图6中三次输出电压(Vcub)的在温度T和控制电压(Vinput)或控制电流(Iinput)之间的关系。
Iinput＝B1×(T-T0)+I0    …(18)
Vinput＝B2×(T-T0)+V0    …(19)
根据第二实施例这样的函数产生电路，改变从外部控制终端5输入的控制信号(即控制电压(Vinput)或控制电流(Iinput))以便使其与输出信号的温度特性(即来自温度传感器1d的输出电流(Ilin)或输出电压(Vlin))相关。这样，可以在通常温度下人为地估计由三次函数产生电路2产生的三次温度特性电压的温度特性，而且还可以由记录在控制数据存储电路3中的控制数据(例如三次函数的系数，常量等)来控制三次函数产生电路2的这种特性。
结果，当制造其中振荡频率基于从该函数产生电路输出的输出信号而受到控制的温度补偿晶体振荡电路，或制造具有该温度补偿晶体振荡电路和晶体振荡器的晶体振荡模块时，可以在通常温度下对晶体振荡电路的振荡频率进行温度补偿控制。
本发明的函数产生电路及其温度特性控制方法具有以下效果：能够在预定温度下估计函数产生电路的温度特性，这种效果对温度补偿晶体振荡器、具有温度补偿晶体振荡器和晶体振荡器的晶体振荡模块、以及诸如包含这些的移动电话等通信设备是很有价值的。

Claims (13)

1.一种函数产生电路包括：
温度传感器，输出响应环境温度的温度特性信号；
函数产生部分，基于温度特性信号产生具有与环境温度相应的特性的函数信号；
控制数据存储部分，记录控制数据来控制函数信号的特性；和
外部输入部分，输入外部控制信号来改变函数产生部分的输入。
2.如权利要求1所述的函数产生电路，其中外部输入部分连接到温度传感器，和
在环境温度处于预定温度的状态下，响应输入的外部控制信号，温度传感器输出与温度特性信号具有相关性的信号，该温度特性信号相应于从预定温度偏离一个所需温度的温度。
3.如权利要求1所述的函数产生电路，其中温度传感器包括，
第一导电类型的第一晶体管，其集极连接到恒定电流源而基极连接到其集极，
第一导电类型的第二晶体管，其基极连接到第一晶体管的基极，
第一导电类型的第三晶体管，其基极连接到第一晶体管的基极和第二晶体管的基极，
连接到第一晶体管发射极上的第一电阻，
连接到第二晶体管发射极上的第二电阻，第二电阻与第一电阻在温度特性上几乎相同，
连接到第三晶体管发射极上的第三电阻，在预定温度下第三电阻与第二电阻在电阻值上几乎相同但在温度特性上不同，
第二导电类型的第四晶体管，其集极和基极连接到第二晶体管的集极，而且其导电类型与第一导电类型不同，
第二导电类型的第五晶体管，其集极连接到第三晶体管的集极而基极连接到第四晶体管的基极，
输出终端，其连接到第三晶体管的集极和第五晶体管的集极之间以输出温度特性信号，
其中外部输入部分连接在第三晶体管的发射极和第三电阻之间。
4.如权利要求1所述的函数产生电路，其中温度传感器包括，
第一导电类型的第一晶体管，其集极连接到恒定电流源而其基极连接到其集极，
第一导电类型的第二晶体管，其基极连接到第一晶体管的基极，
第一导电类型的第三晶体管，其基极连接到第一晶体管的基极和第二晶体管的基极，
连接到第一晶体管发射极上的第一电阻，
连接到第二晶体管发射极上的第二电阻，第二电阻与第一电阻在温度特性上几乎相同，
连接到第三晶体管发射极上的第三电阻，第三电阻与第二电阻在温度特性上不同，
第二导电类型的第四晶体管，其集极和基极连接到第二晶体管的集极，而且其导电类型与第一导电类型不同，
第二导电类型的第五晶体管，其集极连接到第三晶体管的集极而其基极连接到第四晶体管的基极，
连接到第四晶体管发射极上的第四电阻，第四电阻与第三电阻在温度特性上几乎相同，
连接到第五晶体管发射极上的第五电阻，第五电阻与第一电阻在温度特性上几乎相同，和
输出终端，其连接到第三晶体管的集极和第五晶体管的集极之间以输出温度特性信号，
其中在预定温度下第二电阻的电阻值和第三电阻的电阻值的比率几乎等于第四电阻的电阻值和第五电阻的电阻值的比率，和
外部输入部分连接在第三晶体管的发射极和第三电阻之间。
5.如权利要求1所述的函数产生电路，其中温度传感器包括，
第一导电类型的第一MOS晶体管，其漏极连接到恒定电流源而其栅极连接到其漏极，
第一导电类型的第二MOS晶体管，其栅极连接到第一MOS晶体管的栅极，
第一导电类型的第三MOS晶体管，其栅极连接到第一MOS晶体管的栅极和第二MOS晶体管的栅极，
连接到第一MOS晶体管源极上的第一电阻，
连接到第二MOS晶体管源极上的第二电阻，第二电阻与第一电阻在温度特性上几乎相同，
连接到第三MOS晶体管源极上的第三电阻，在预定温度下第三电阻与第二电阻在电阻值上几乎相同但在温度特性上不同，
第二导电类型的第四MOS晶体管，其漏极和栅极连接到第二MOS晶体管的漏极，而且其导电类型与第一导电类型不同，
第二导电类型的第五MOS晶体管，其漏极连接到第三MOS晶体管的漏极而其栅极连接到第四MOS晶体管的栅极，
输出终端，其连接到第三MOS晶体管的漏极和第五MOS晶体管的漏极之间以输出温度特性信号
其中外部输入部分连接在第三MOS晶体管的源极和第三电阻之间。
6.如权利要求1所述的函数产生电路，其中温度传感器包括，
第一导电类型的第一MOS晶体管，其漏极连接到恒定电流源而其栅极连接到其漏极，
第一导电类型的第二MOS晶体管，其栅极连接到第一MOS晶体管的栅极，
第一导电类型的第三MOS晶体管，其栅极连接到第一MOS晶体管的栅极和第二MOS晶体管的栅极，
连接到第一MOS晶体管源极上的第一电阻，
连接到第二MOS晶体管源极上的第二电阻，第二电阻与第一电阻在温度特性上几乎相同，
连接到第三MOS晶体管源极上的第三电阻，第三电阻与第二电阻在温度特性上不同，
第二导电类型的第四MOS晶体管，其漏极和栅极连接到第二MOS晶体管的漏极，而且其导电类型与第一导电类型不同，
第二导电类型的第五MOS晶体管，其漏极连接到第三MOS晶体管的漏极而其栅极连接到第四MOS晶体管的栅极，
连接到第四MOS晶体管源极上的第四电阻，第四电阻与第三电阻在电阻值上和温度特性上都几乎相同，
连接到第五MOS晶体管源极上的第五电阻，第五电阻与第一电阻在电阻值上和温度特性上都几乎相同，
输出终端，其连接到第三MOS晶体管的漏极和第五MOS晶体管的漏极之间以输出温度特性信号，
其中在预定温度下第二电阻的电阻值和第三电阻的电阻值的比率几乎等于第四电阻的电阻值和第五电阻的电阻值的比率，和
外部输入部分连接在第三MOS晶体管的源极和第三电阻之间。
7.如权利要求1所述的函数产生电路，进一步包括：
选择部分，从来自外部输入部分的外部控制信号和温度特性信号中选择任一个来输出该选择信号到函数产生部分。
8.如权利要求1所述的函数产生电路，其中函数信号具有三次函数特性。
9.一种温度补偿晶体振荡电路，包括：
如权利要求1中所述的函数产生电路；和
振荡电路，其振荡频率基于函数产生电路输出的函数信号而受到控制。
10.一种晶体振荡模块，包括：
如权利要求9中所述的温度补偿晶体振荡电路；和
晶体振荡器。
11.一种通信终端，包括如权利要求10中所述的晶体振荡模块。
12，一种通信终端包括：
如权利要求9中所述的温度补偿晶体振荡电路；和
晶体振荡器。
13.一种用于函数产生电路的温度特性控制方法，该函数产生电路具有：用于输出响应环境温度的温度特性信号的温度传感器，用于基于该温度传感器的输出信号产生函数信号的函数产生部分，以及用于记录控制数据来控制函数信号的控制数据存储部分，该温度特性控制方法包括步骤：
在环境温度处于预定温度的状态下将外部控制信号输入温度传感器；以及
产生响应温度特性信号的函数信号，该温度特性信号响应该输入的外部控制信号而输出。
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