DE2617488A1

DE2617488A1 - Schaltungsanordnung zur temperaturkompensation bei einem quarzoszillator

Info

Publication number: DE2617488A1
Application number: DE19762617488
Authority: DE
Inventors: Masanao Owaki
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1975-04-23
Filing date: 1976-04-22
Publication date: 1976-11-04
Also published as: AU503123B2; AU1317176A; JPS51124355A; GB1535416A; FR2309075B1; FR2309075A1; NL7604389A; US4051446A; CA1048115A

Description

It 3610

SONY CORPORATION
Tokyo / Japan

Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation
bei einem Kristalloszillator

Die Erfindung betrifft allgemein eine Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation bei einem Kristalloszillator und insbesondere eine neuartige Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation bei einem Kristalloszillator.

Im allgemeinen tritt bei einer Oszillatorschaltung durch Temperaturänderung eine Frequenzänderung bzw. -drift auf. Die Frequenzänderung eines Oszillators unter Verwendung eines AT-Quarzoszillators (ein Oszillator mit temperaturabhängigem Kristall), die durch Temperaturänderung hervorgerufen wird, ist eine Kurve mit einer Funktion dritten Grades, wie das Diagramm der Fig. 1 zeigt.

Um diese durch Temperaturänderung verursachte Frequenzänderung zu beseitigen, genügt es, daß eine Kapazitätsdiode in Reihe zu dem Quarzoszillator geschaltet wird,
eine Gleichspannung 1 erzeugt wird, deren Pegel entsprechend der Temperaturänderung nach einer Kennlinie mit
einer Funktion dritten Grades geändert wird, wie in dem Diagramm der Fig. 2 durch die durchgehende Linie gezeigt ist, die der Kennlinie der Fig. 1 gleich ist, und daß

603845/0766

ORIGINAL INSPECTED

_ 2 —

die Gleichspannung 1 der Kapazitätsdiode als Kompensations spannung zur Frequenzänderung zugeführt wird.

Es ist bekannt, eine Schaltungsanordnung, wie sie Fig. 3 zeigt, zur Erzeugung einer Gleichspannung 1 zur Kompensation der durch Temperaturänderung verursachten Frequenzänderung zu erzeugen. Dies bedeutet, daß die bekannte Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation eine Parallelschaltung, bestehend aus einer ersten Reihenschaltung eines Thermistors 3A und eines Widerstandes 4A, eine zweite Reihenschaltung aus einem Widerstand 4B und einem Thermistor 3B und eine dritte Reihenschaltung aus einem Thermistor 3C und einem Widerstand 4C und einen Addierkreis 5 enthält. Die Parallelschaltung erhält eine konstante Spannung +V auf der Seite der Thermistoren 3A, 3C und des Widerstandes 4B. Die Verbindungspunkte 2A, 2B und 2C der Thermistoren 3A bis 3C und der Widerstände 4A bis 4C der jeweiligen Reihenschaltungen sind mit dem Äddierkreis 5 verbunden.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Stand der Technik erhält man, wie das Diagramm der Fig. 2 zeigt, eine Gleichspannung 2A¹, die eine positive Temperaturcharakteristik hat, an dem Verbindungspunkt 2A, eine Gleichspannung 2B¹, die eine negative Temperaturcharakteristik hat, an dem Verbindunaspunkt 2B und eine Gleichspannung 2C" , die eine positive Temperaturcharakteristik hat, an dem Verbindungspunkt 2C

Die bekannte Schaltungsanordnung der Fig. 3 ist außerdem mit einer Oszillatorschaltung 6 versehen, die einen Quarzoszillator 7 und eine Kapazitätsdiode 8 in Reihe hierzu enthält, und die oben erhaltenen Gleichspannungen werden über dem Addierkreis 5 der Kapazitätsdiode 3 zugeführt, um die Temperaturkompensation durchzuführen.

Bei der bekannten Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation sind jedoch die Gleichspannungen 2A¹ bis 2C

609845/07B6

der Gleichspannung 1 angenähert, stimmen aber nicht mit letzterer überein, so daß Fehler z.B. an den schraffierten Teilen in dem Diagramm der Fig. 2 erzeugt und damit eine Über- oder Untertemperaturkompensation hervorgerufen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation bei einem Kristalloszillator zu schaffen, die eine Gleichspannung zur Temperaturkompensation erzeugt, die eine Temperaturkennlinie mit einer Funktion dritten Grades hat.

Durch die Erfindung soll weiterhin eine Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation bei einem Kristalloszillator geschaffen werden, die einen Kreis zur Erzeugung einer Gleichspannung, deren Pegel sich nach einer Temperaturcharakteristik mit linearer Funktion entsprechend der Temperaturänderung ändert, einen Kreis zur Erzeugung einer Gleichspannung, deren Pegel sich nach einer Temperaturcharakteristik mit einer quadratischen Funktion entsprechend der Temperaturänderung ändert, und einen Multiplizierkreis, zur Multiplikation der obigen beiden Gleichspannungen miteinander hat, um eine Gleichspannung zu erzeugen, deren Spannungspegel sich nach einer Temperaturcharakteristik mit einer Funktion dritten Grades ändert.

Auch soll die Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation bei einem Kristalloszillator eine bestimmte Temperaturkompensationscharakteristik haben.

Weiterhin soll die Schaltungsanordnung für einen Quarzoszillator geeignet sein und dessen Änderung der Schwingungsfrequenz ausreichend und mit geringerem Fehler als beim Stand der Technik kompensiert.

Weiterhin soll die Schaltungsanordnung leicht in Form, einer integrierten Schaltung ausgebildet werden können.

€09845/0766

Durch die Erfindung wird eine Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation bei einem Kristalloszillator geschaffen, bestehend aus einer Oszillatorschaltung, einem ersten Kreis zur Erzeugung einer ersten Gleichspannung, die eine Temperaturkennlinie mit einer linearen Funktion hat, einem zweiten Kreis zur Erzeugung einer zweiten Gleichspannung, die eine Temperaturkennlinie mit einer quadratischen Funktion hat, einem dritten Kreis zur Multiplikation der ersten und der zweiten Gleichspannung miteinander, um eine dritte Gleichspannung zu erzeugen, die eine Temperaturcharakteristik mit einer Funktion dritten Grades hat, und einem vierten Kreis, um die Gleichspannung der Oszillatorschaltung zuzuführen und die durch Temperaturänderungen verursachten Frequenzänderungen des Kristalloszillators in einem weiten Bereich zu kompensieren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 6 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 ein Diagramm, aus dem die Temperaturänderung bzw. -drift der Schwingungsfrequenz eines bekannten Quarzoszillators hervorgeht,

Figur 2 ein Diagramm, aus dem die Kennlinie einer Temperaturkompensationsspannung hervorgeht, die von einer bekannten Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation erhalten wird,

Figur 3 das Schaltbild einer bekannten Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation,

Figur 4 das Schaltbild eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation bei einem Kristalloszillator,

Figur 5 ein Diagramm, aus dem die Temperaturkennlinie einer Temperaturkompensationsspannung hervor-

689845/0766 .

geht, das zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation bei einem Kristalloszillator nach Fig. 4, hervorgeht, und

Figur 6A bis 6C Diagramme, aus denen Kennlinien der Temperaturänderungen bzw. -drift der Schwingungsfrequenz des Quarzoszillators hervorgehen, wobei Fig. 6A den Fall betrifft, daß keine Temperaturkompensation erreicht wird, Fig. 6B die Kennlinie der Temperaturänderung bzw. -drift ist, wenn Widerstände mit Bezugswert als einige der Widerstände in dem Beispiel der Fig. 4 verwendet werden, und Fig. 6C ist die Kennlinie der Temperaturänderung, wenn einige der Widerstände in dem Beispiel der Fig. 4 eingestellt werden.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation wird nun anhand der Fig. 4 beschrieben.

In Fig. 4 bezeichnet 10 eine erste Brückenschaltung, die eine Gleichspannung erzeugt, deren Pegel sich nach einer Kennlinie mit linearer Funktion in Abhängigkeit von der Temperaturänderung ändert. Diese Brückenschaltung 10 besteht aus einem Thermistor 11 und Widerständen 12, 13 und 14, die so geschaltet sind, daß sie eine Brücke bilden, wie in der Figur gezeigt ist. Eine konstante Gleichspannung +V-- wird über einem Paar Diagonalverbindungspunkte der Brückenschaltung 10 von einem Quellenanschluß 60 angelegt. Eine zweite Brückenschaltung 20, die eine Gleichspannung erzeugt, deren Pegel sich nach einer Kennlinie mit quadratischer Funktion in Abhängigkeit von der Temperaturänderung ändert, ist aus Thermistoren 21, 22 und Widerständen 23 bis 27 gebildet, die so geschaltet sind, daß sie eine Brücke bilden. Eine konstante Spannung +V wird über einem Paar diagonaler Verbindungspunkte der Brückenschaltung 20 von dem Anschluß 60 angelegt.

60384,5/0766

In Fig. 4 bezeichnet 30 einen Multiplizierkreis, der bei dem gezeigten Beispiel z.B. als doppelsymmetrische Differentialverstärker ausgebildet ist. Ein erster Differentialverstärker ist aus Transistoren 31 und 32 mit einem Transistor 33 als Konstantstromquelle gebildet, ein zweiter Differentialverstärker ist aus Transistoren 34 und 35 mit dem Transistor 31 als Konstantstromquelle und ein dritter Differentialverstärker ist aus Transistoren 36 und 37 mit dem Transistor 32 als Konstantstromquelle gebildet. Das andere Paar Diagonalverbindungspunkte der ersten Brückenschaltung 10 ist mit den Basen der Transistoren 34 und 37 und denjenigen der Transistoren 35, 36 verbunden und das andere Paar Diagonalverbindungspunkte der zweiten Brückenschaltung 20 ist mit den Basen der Transistoren 31 und 32 verbunden. In Fig. 4 bezeichnen 38 und 39 Lastwiderstände.

Als Multiplizierkreis kann außer dem in Fig. 4 gezeigten der folgende, bekannte Kreis verwendet werden. Z.B. können die Transistoren 32, 36, 37 und der Widerstand 39 weggelassen werden und es wird nur der zweite Differentialverstärker, der aus den Transistoren 34, 35 mit dem Transistor 31 als Konstantstromquelle gebildet ist, verwendet. Hierbei ist das oben erwähnte andere Paar Diagonalverbindungspunkte der ersten Brückenschaltung 10 mit den Basen der Transistoren 34, 35 und das andere Paar Diagonalverbindungspunkhe der zweiten Brückenschaltung 20 ist mit der Basis des Transistors 32 verbunden und die anderen Diagnonalverbindungspunkte sind geerdet. Dabei ist der übrige Schaltungsaufbau bei gleicher Wirkung im wesentlichen der gleiche wie in Fig. 4.

Bei dem Beispiel der Fig. 4 ist ein vierter Differentialverstärker 40 vorgesehen, der aus Transistoren 41, 42 mit einem Transistor 43 als Konstantstromquelle gebildet ist. Hierbei ist ein Widerstand 44 zwischen die Emitter der Transistoren 41, 42 geschaltet. Die Kollektoren der Transistoren 34, 36 und diejenigen der Transistoren 35, 37

609845/0766

261748S

sind miteinander mit den Basen der Transistoren 41, 42 verbunden und die an dem Kollektor des Transistors 42 erhaltene Spannung wird der Kapazitätsdiode 8 der Oszillatorschaltung 6 zugeführt, die im wesentlichen die gleiche wie in Fig. 3 ist und daher mit den gleichen Bezugszeichen versehen ist. In Fig. 4 bezeichnen 51, 53 Transistoren und 52 einen Feldeffekttransistor.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Schaltungsanordnung wird eine Gleichspannung E.., deren Pegel sich nach einer Kennlinie mit linearer Funktion in Abhängigkeit von der Temperaturänderung ändert, wie in Fig. 5 gezeigt ist, an der ersten Brückenschaltung 10 erhalten, und eine Gleichspannung E₂, deren Pegel sich nach einer Kennlinie mit quadratischer Funktion in Abhängigkeit von der Temperaturänderung ändert, wie in Fig. 5 gezeigt ist, an der zweiten Brückenschaltung 20 erhalten. Da diese Gleichspannungen E₁ und E„ dem Multiplizierkreis 30 zugeführt und dann von diesem miteinander multipliziert werden, erzeugt der Multiplizierkreis 30 eine Gleichspannung E₃, deren Pegel sich nach einer Kennlinie mit einer Funktion dritten Grades in Abhängigkeit von der Temperaturänderung ändert, wie Fig. 5 zeigt. Die Gleichspannung E_ wird über einen vierten Differentialverstärker 40 der Kapazitätsdiode 8 des Kristalloszillators 6 zugeführt, so daß die Temperaturdrift dessen Schwingungsfrequenz kompensiert werden kann.

Hierbei treten die folgenden Beziehungen zwischen den Widerstandswerten der Widerstände 27, 13, 44, 25, 24 und der Gleichspannung E₃ auf:

Widerstandswert des Widerstands 27 — Lineare Funktionskomponente der Gleichspannung E₃

Widerstandswert des Widerstands 13 — Quadratische Funktionskomponente der Gleichspannung E_

609845/0766

— O —

Widerstandswert des Widerstandes 44 — Funktionskomponente

dritten Grades der Gleichspannung E

Widerstandswert des Widerstandes 25 — Komponente niederer

Temperatur der Gleichspannung E_

Widerstandswert des Widerstandes 24 — Komponente hoher Temperatur der Gleichspannung

^E3

Es ist somit ersichtlich, daß/ wenn die Widerstandswerte der Widerstände 27, 13, 44, 25 und 24 geändert werden, die jeweiligen Spannungskomponenten der Gleichspannung E geändert werden können, um die Temperaturkompensation ausreichend durchzuführen.

Die Fig. 6A bis 6C zeigen Diagramme, aus denen Meßergebnisse der Temperaturänderungen der Schwingungsfrequenz des Kristalloszillators hervorgehen. Fig. 6A betrifft den Fall, daß keine Temperaturkompensation durchgeführt wird, Fig. 6B den Fall, daß die Widerstände 27, 13, 44, 25 und 24 mit einem Standardwert verwendet werden und die Temperaturkompensation durchgeführt wird, und Fig. 6C betrifft den Fall, daß der Widerstandswert der Widerstände eingestellt und dann die Temperaturkompensation durchgeführt wird.

Wie sich aus dem Vorherigen ergibt, kann die Temperaturänderung der Schwingungsfrequenz des Kristalloszillators durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation bei einem Kristalloszillator erheblich verringert bzw. ausreichend kompensiert werden. Der bei der bekannten Schaltungsanordnung der Fig. 2 durch die schraffierten Teile auftretende Fehler kann vermieden werden.

Claims

Ansprüche

1.'Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation bei einem. Kristalloszillator mit einer Oszillatorschaltung, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung zur Erzeugung einer ersten Gleichspannung, die eine Temperaturkennlinie mit einer linearen Funktion hat, eine zweite Einrichtung zur Erzeugung einer zweiten Gleichspannung, die eine Temperaturkennlinie mit einer quadratischen Funktion hat, eine dritte Einrichtung zur Multiplikation der ersten Gleichspannung mit der zweiten Gleichspannung und zur Erzeugung einer dritten Gleichspannung, die eine Temperaturkennlinie mit einer Funktion dritten Grades hat, und eine vierte Einrichtung, um die dritte Gleichspannung auf die Oszillatorschaltung zu geben.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung aus einer Brückenschaltung mit einem veränderbaren Widerstandselement und drei Widerständen besteht, und daß die zweite Einrichtung aus einer Brückenschaltung aus zwei veränderbaren Widerstandselementen und fünf Widerständen besteht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der drei Widerstände der ersten Einrichtung und wenigstens einerder fünf Widerstände der zweiten Einrichtung veränderbare Widerstände sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung aus wenigstens zwei Transistoren jeweils mit einer ersten, zweiten und dritten Elektrode besteht, die in Kaskade geschaltet sind, wobei einer der beiden Transistoren mit einer der beiden Gleichspannungen an seiner ersten Elektrode versorgt wird, der andere der beiden Transistoren mit einem weiteren Transi-

«509845/0786

2817488

stör einen Differentialverstärker bildet, und der Differentialverstärker mit der anderen der beiden Gleichspannungen versorgt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung ein Multiplizierkreis ist, der aus einem Transistor mit einer ersten, zweiten und dritten Elektrode und einem Differentialverstärker besteht, wobei die erste Elektrode des Transistors die zweite Gleichspannung und der Differentialverstärker die erste Gleichspannung erhält.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung ein Multiplizierkreis ist, der aus einem ersten, zweiten und dritten Differentialverstärker vom doppe1symmetrischen Typ besteht, daß der erste Differentialverstärker die zweite Gleichspannung und der zweite und dritte Differentialverstärker die erste Gleichspannung erhält.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Differentialverstärker aus einem ersten und zweiten Transistor jeweils mit einer ersten, zweiten und dritten Elektrode besteht, daß die dritte Elektrode des ersten und zweiten Transistors über einen Widerstand miteinander und mit einer Konstantstromquelle verbunden sind, daß die erste Elektrode des ersten und zweiten Transistors die zweite Gleichspannung erhält, daß der zweite Differentialverstärker aus einem dritten und vierten Widerstand jeweils mit einer ersten, zweiten und dritten Elektrode besteht, daß die dritte Elektrode des dritten und vierten Transistors miteinander und mit der zweiten Elektrode des ersten Transistors verbunden sind, daß der dritte Differentialverstärker aus einem fünften und sechsten Transistor jeweils mit einer ersten, zweiten und dritten Elektrode besteht, daß die dritte Elektrode des fünften und sechsten Transistors miteinander und mit der zweiten

809845/0766

Elektrode des zweiten Transistors verbunden sind, daß die erste Elektrode des dritten bis sechsten Transistors die
erste Gleichspannung erhält, daß die zweite Elektrode des dritten und fünften Widerstandes mit einem ersten Ausgangsanschluß verbunden sind, und daß die zweite Elektrode des vierten und sechsten Transistors mit einem zweiten Ausgangsanschluß verbunden sind.