DE69412306T2 - Temperaturkompensierter Quarzoszillator - Google Patents

Temperaturkompensierter Quarzoszillator

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DE69412306T2 DE69412306T DE69412306T DE69412306T2 DE 69412306 T2 DE69412306 T2 DE 69412306T2 DE 69412306 T DE69412306 T DE 69412306T DE 69412306 T DE69412306 T DE 69412306T DE 69412306 T2 DE69412306 T2 DE 69412306T2
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Toshio Kobe-Shi Hyogo-Ken Ishizaki
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung:
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kristall- bzw. Quarzoszillator, und insbesondere auf einen temperaturkompensierten Quarzoszillator, welcher als ein Referenz- bzw. Bezugsfrequenzoszillator in einem Bauelement für die mobile Kommuniation bzw. den Mobilfunk (wie z.B. ein Autotelefon, ein tragbares Telefon und ein kabelloses Telefon), ein Satelliten-Kommunikations-Bauelement und ähnliches verwendet wird.
    • 2. Beschreibung des technologischen Hintergrunds:
  • In den zurückliegenden Jahren bestand eine erhöhte Nachfrage nach einem Kristallbzw. Quarzoszillator, welcher zum Oszillieren bzw. Schwingen mit einer Referenzbzw. Bezugsfrequenz in einem Bauelement für die mobile Kommunikation (wie z.B. ein Autotelefon, ein tragbares Telefon und ein schnurloses Telefon, und ein oft Zellulartelefon genanntes Telefon), ein Bauelement für die Satellitenkommunikation und ähnliches verwendet wird, weil solche Kommunikationsbauelemente mehr und mehr vorherrschend wurden.
  • Ein Quarzoszillator, welcher zum Oszillieren bzw. Schwingen mit einer Referenzfrequenz verwendet wird, muß eine so geringe Schwankungsbreite der Oszillationsbzw. Schwingungsfrequenz wie möglich bezüglich Temperaturveränderungen aufweisen. In dem Fall der Verwendung in einem Endgerät für ein tragbares analoges Telefonsystem, welches in Nordamerika verwendet wird, muß z. B. die Schwankung der Oszillationsfrequenz in einem Bereich von ± 2,5 ppm über einem Temperaturbereich von -30ºC bis +75ºC liegen. Bei der Verwendung in einem Endgerät für ein tragbares digitales Telefonsystem eines Schmalband-TDMA-Typs muß die Schwankung der Oszillationsfrequenz innerhalb eines Bereichs von ± 1,5 ppm über einem Temperaturbereich von - 20ºC bis + 85ºC liegen. Bei der Verwendung in einem Endgerät bei einem tragbaren analogen Telefonsystem mit großer Kapazität, welches in Japan verwendet wird, muß die Schwankung der Oszillationsfrequenz in einem Oszillationsfrequenz-Bereich von ± 1,0 ppm über einen Temperaturbereich von - 20ºC bis + 85ºC liegen. Des weiteren müssen solche Quarzoszillatoren, welche in einem tragbaren Telefon verwendet werden, andere Bedingungen bzw. Anforderungen erfüllen, z.B. die Miniaturisierung des Bauelements und die Verringerung der Herstellungskosten, was insbesondere die herausragenden bzw. eminenten Anforderungen für einen Quarzoszillator sind, welcher in einem Zellulartelefon verwendet wird. Deshalb wird ein Quarzoszillator, welcher für eine solche Verwendung geeignet ist, unbedingt benotigt.
  • Die Oszillataionsfrequenz-Temperaturkennlinien bzw. -Eigenschaften eines Quarzoszillators hängen direkt von den Resonanzfrequenz-Temperaturkennlinien bzw. -Eigenschaften eines Quarzkristallresonators ab, welcher in dem Quarz- bzw. Kristalloszillator verwendet wird. Deshalb wird gewöhnlich ein Temperaturkompensationsschaltkreis benötigt, wenn die Oszillationsfrequenz sehr stabil über einem breiten Temperaturbereich sein muß. Es gibt zwei bekannte Verfahren für eine Temperaturkompensation unter Verwendung eines Temperaturkompensationsschaltkreises. Eines ist ein analoges Temperaturkompensationsverfahren, bei welchem eine Veränderung der Impedanz des Quarzkristallresonators durch Verwendung eines temperaturempfindlichen Elements, wie z.B. einem Thermistor, kompensiert wird. Das andere ist ein digitales Temperaturkompensationsverfahren, bei welchem eine Spannung zum Kompensieren der Temperatureigenschaften bzw. Kennlinien des Quarzkristallresonators (welcher zu dem Zweck des Schwingens bzw. Oszillierens verwendet wird) in Abhängigkeit von bzw. in Übereinstimmung mit Kompensationsdaten, welche vorher in einem Speicher gespeichert sind, bei einem variablen bzw. veränderbaren Kondensator angelegt wird, basierend auf der Information, welche aus einem separat bzw. getrennt integrierten bzw. enthaltenen temperaturerkennenden Quarzkristallresonator erhalten wurden.
  • Hiernach werden herkömmliche temperaturkompensierte Quarz- bzw. Kristalloszillatoren beschrieben unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Fig. 19 ist ein Blockdiagramm, welches einen herkömmlichen temperaturkompensierten Quarzoszillator von einem analogen Typ zeigt. Wie in Fig. 19 gezeigt, sind ein Quarzkristallresonator 11 und Temperaturkompensationsschaltkreis 111 in Serie mit einem Oszillations- bzw. Schwingungsschaltkreis 12 verbunden, welcher einen Ausgabeanschluß 13 aufweist. Der Temperaturkompensationsschaltkreis 111 umfaßt einen Schaltkreisbereich, in welchem ein Thermistor 112, ein Widerstand 113 und ein Kondensator 114 parallel verbunden bzw. geschaltet sind, sowie einen Schaltkreisbereich, bei welchem ein Kondensator 117 parallel mit einem Thermistor 115 und einem Widerstand 116 verbunden bzw. geschaltet ist, welche in Serie geschaltet sind. Wenn sich die Umgebungstemperatur verändert, verändert sich der Widerstand eines jeden der Thermistoren 112 und 115, wodurch der Blindwiderstand (reactance) des komplexen Scheinwiderstands (impedance) des gesamten Temperaturkompensationsschaltkreises 111 verändert wird. Deshalb wird es in dem Fall, wo die jeweiligen Werte der Thermistoren 112, 115, der Widerstände 113, 116 und der Kondensatoren 114, 117 so bestimmt sind, daß sie die Schwankung der Oszillationsfrequenz kompensieren, basierend auf den Veränderungen des komplexen Scheinwiderstandes, möglich, die Oszillationsfrequenz des Quarzoszillators gegen Temperaturveränderungen zu stabilisieren. Beispiele von solchen herkömmlichen Quarzoszillatoren sind in den japanischen Patentoffenlegungsschriften mit den Nr.55-125702, 56-68002, usw. offenbart.
  • Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, welches einen herkömmlichen temperaturkompensierten Quarzoszillator eines Digitaltyps zeigt. Wie in Fig. 20 gezeigt, umfaßt der Quarzoszillator einen digital geregelten bzw. gesteuerten Quarz- bzw. Kristalloszillator 120, einen Temperatursensor 121, einen A/D-(Analog/Digital)Wandler 122 und einen Speicher 123. Der digital geregelte bzw. gesteuerte Kristall- bzw. Quarzoszillator 120 weist einen Quarzkristallresonator 11, einen Oszillationsschaltkreis 12 und einen Schaltkreis mit veränderbarem Blindwiderstand (reactance) 124 auf. Dieser Quarzoszillator arbeitet wie folgt: Der Temperatursensor 121 erkennt eine Veränderung der Umgebungstemperatur. Der A/D-Wandler 122 wandelt die Veränderung der Umgebungstemperatur in ein digitales Signal um. Die Kompensationsdaten, welche vorher in dem Speicher 123 gespeichert sind, werden in Abhängigkeit von bzw. in Übereinstimmung mit dem digitalen Signal ausgelesen. Der Blindwiderstandswert des Schaltkreises mit variablem bzw. veränderbarem Blindwiderstand 124 wird verändert, basierend auf den Kompensationsdaten, welche ausgelesen wurden, wodurch die Oszillationsfrequenz des digital geregelten bzw. gesteuerten Quarzoszillators 120 bezüglich Veränderungen der Temperatur stabilisiert wird. Die Kompensationsdaten, welche vorher in dem Speicher 123 gespeichert sind, sind in der Gestalt von z.B. einer Tabelle von 8 Bits (entsprechend zu 256 Temperaturpunkten) mal 7 Bit (entsprechend zu 128 Regel- bzw. Steuergrößen bzw. Mengen), wie beschrieben in dem 41. Annual Frequency Control Symposium, 1987, S. 435, "A Digitally Compensated TCXO Using A Single Chip LSI", von T. Hara, T. Kudo, S. Uriya, H. Saita, S. Ogou und Y. Katsuta.
  • Jedoch weist jeder der oben erwähnten herkömmlichen temperaturkompensierten Quarzoszillatoren eines Analogtyps und herkömmlichen temperaturkompensierten Quarzoszillatoren von einem digitalen Typ die nachfolgenden inherenten bzw. innewohnenden Probleme auf.
  • Ein Quarzoszillator eines Analog-Typs, bei welchem Thermistoren verwendet werden, hat die folgenden Probleme: Weil ein herkömmliches analoges Kompensationsverfahren nur einlge bestimmte Schwaukungsmuster der Resonanzfrequenz-Temperaturkennlinien bzw. -Eigenschaften des Quarzkristallresonators kompensieren kann, ist es unmöglich, alle Arten der Schwankungsmuster der Resonanzfrequenz-Temperaturkennlien- bzw. -Eigenschaften des Quarzkristallresonators zu kompensieren, was zu einer schlechten Temperaturkompensationsgenauigkeit führt. Des weiteren weisen die Thermistoren eine große Abweichung bzw. einen großen Streubereich bei deren Eigenschaften bzw. Kennlinien auf. Deshalb ist es erforderlich, Quarzkristallresonatoren auszuwahlen, welche eine mimmale Schwankung der Resonanzfrequen-Temperatureigenschaften bzw. -Kennlinien aufweisen. Ebenso erfordert das herkömmliche analoge Kompensationsverfahren eine ziemlich komplizierte Kalibrierung. Als Ergebnis erfordern herkömmliche Quarzoszillatoren vom Analog-Typ große Herstellungskosten.
  • Insbesondere hängen die Resonanzfrequenz-Eigenschaften bzw. -Kennlinien stark von dem Schnittwinkel des einzelnen Quarzkristallresonators ab. Kommerziell verfügbare Quarzkristallresonatoren weisen eine Schwankungsbreite bezüglich der Schnittwinkel von ungefähr ±s 5 Minuten auf. Eine solche Schwankungsbreite der Schnittwinkel führt jedoch zu einer zu großen Schwankung der Resonanzfrequenz-Temperatureigenschaften der Kristall- bzw. Quarzvibratoren; ein temperaturkompensierter Quarzoszillator eines analogen Typs mit einem solchen Quarzkristallresonator kann nicht vollständig die Temperaturveränderungen kompensieren. Deshalb ist es erforderlich, aus den kommerziell verfügbaren Quarzkristallresonatoren diejenigen auszuwählen, welche eine Schnittwinkelschwankungsbreite von ungefähr j 1 Minute aufweisen, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten führt. Des weiteren sind solche Bauelemente, wie die Thermistoren, nicht geeignet, um in ICS (integrierten Schaltkreisen) integriert zu werden, was zu dem Problem führt daß die Miniaturisierung des Kristall- bzw. Quarzoszillators schwierig sein kann.
  • Auf der anderen Seite korrigiert ein temperaturkompensierter Kristall- bzw. Quarzoszillator vom digitalen Typ die Frequenz im Hinblick auf jeden Abtastpunkt der Temperatur, was Kompensationsdaten erfordert, welche aus einer Tabelle von z. B. 8 Bits mal 7 Bits bestehen. Die Kompensationsdaten müssen in einem PROM (Programmable Read Only Memory = programmierbarer Nur-Lesespeicher) gespeichert werden. Deshalb erfordern temperaturkompensierte Quarzoszillatoren eines digitalen Typs eine große Menge an Zeit und verursachen Probleme bei deren Herstellung, was zu hohen Preisen der erhalten Produkte fährt.
  • Die GB-A-1,224,165 offenbart eine Schaltkreisanordnung zum Erzielen bzw. Bewirken einer Temperaturkompensation von quarzgeregelten bzw. -gesteuerten Oszillatoren mit einem Temperatursensor, welche ein Halbleiterbauelement enthält, welches eine bekannte Spannungs/Temperatur-Kennlinle bzw. -Eigenschaft aufweist und einen Spannungsfunktions- bzw. -Signalformgenerator, welcher die Ausgabe des Temperatursensors empfängt und eine Vielzahl von Flanken- bzw. Schleifen-erzeugenden (slopegenerating) Transistoren aufweist, welche so angeordnet sind, ihrerseits bzw. um wiederum in Reaktion auf eine Veränderung bzw. Schwankung der Ausgabe des Sensors mit der Temperaturveränderung eine Ausgangsspannungsanpassung der Flanke bzw. Schleife bei verschiedenen Punkten auf einer vollen Kompensationskennlinie durchzuführen, und eine Vorrichtung zum Kombinieren der Spannungsausgaben der Transistoren, um die voll kompensierte Spannungskennlinie für die Anwendung bei dem Quarz- bzw. Kristallschaltkreis zur Verfügung zu stellen.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Der temperaturkompensierte Kristall- bzw. Quarzoszillator der vorliegenden Erfindung umfaßt die Merkmale, welche in den Ansprüchen 1 bzw. 2 erwähnt sind.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die charakteristische bzw. Kennlinienkurve so ausgewählt, daß ein Maximalwert der Frequenzschwannung, welche aus einer Abweichung von der idealen Regel- bzw. Steuerkurve über dem Betriebstemperaturbereich resultiert, minimiert wird.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung gleicht sich jede der Vielzahl von geraden Linien an die ideale Regel- bzw. Steuerkurve an beiden Enden von jedem der unterteilten Temperaturbereiche an, so daß keine Frequenzschwankung an den beiden Enden auftritt.
  • Bei einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung besteht die Kennlinienkurve aus fünf geraden Linien.
  • Bei einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung besteht die Kennlinienkurve aus vier geraden Linien.
  • Bei einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung besteht die Kennlinienkurve aus drei geraden Linien.
  • Bei einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Temperaturdetektiervorrichtung ein Schaltkreis, umfassend einen Widerstand, welcher in Reihe zu einer Mehr- bzw. Vielzahl von Dioden geschaltet ist, welche in Reihe miteinander verbunden sind, und wobei ein Verbindungspunnt zwischen dem Widerstand und den Dioden einen Ausgangsanschluß zum Ausgeben des Temperatursignals definiert, und ein Gleichstrom (bc) wird an den Schaltkreis angelegt.
  • Bei einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Regel- bzw. Steuersignal-Erzeugungsvorrichtung eine Vielzahl von Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen zum Ausgeben des Regel- bzw. Steuersignals, welches linear verandert bzw. variiert ist in Abhängigkeit von bzw. in Übereinstimmung mit dem Temperatursignal und einer Schaltvorrichtung zum Schalten zwischen den Spannungsfunktions bzw. Signalform-Erzeugungsschaltkreisen, wobei jeder der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise in einem entsprechenden der unterteilten Temperaturbereiche betrieben wird bzw. arbeitet.
  • Bei einer weiteren anderen Ausfüruungsform der Erfindung umfaßt die Regel- bzw. Steuersignal-Erzeugungsvorrichtung: Eine Vielzahl von Spannungserzeugungsschaltkreisen, wobei jeder Eingabe/Ausgabe-Kennlinien zum linearen Verändern bzw. Variieren der Ausgangsspannung von einer ersten gegebenen bzw. vorbestimmten Spannung zu einer zweiten vorherbestimmten Spannung in Abhängigkeit von der Eingangs- bzw. Eingabespannung innerhalb eines Eingabe- bzw. Eingangsspannungsbereiches hat, entsprechend einem vorherbestimmten der unterteilten Temperaturbereiche, und zum Aufrechterhalten der Ausgangsspannung bei einer der ersten vorherbestimmten Spannung und der zweiten vorherbestimmten Spannung in einem Eingangsspannungsbereich, entsprechend zu den anderen unterteilten Temperaturbereichen; und einen Spannungsaddierer zum Addieren der Ausgangsspannungen von allen Spannungsfunktions- bzw. -Signalform-Erzeugungsschaltkreisen miteinander.
  • Bei einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Regel- bzw. Steuersignalerzeugungsvorrichtung: Eine Anzahl (n+1) von Spannungsfunktions- bzw. Signalform-Erzeugungsschaltkreisen mit solchen Eingabe/Ausgabe-Kennlinien, daß in einem vorherbestimmten Eingangsspannungsbereich entsprechend zu zwei angrenzenden bzw. benachbarten der unterteilten Temperaturbereiche, die Ausgangsspannung linear von Null auf einen vorherbestimmten Maximalwert ansteigt in Übereinstimmung mit bzw. in Abhängigkeit von der Eingangsspannung in einem ersten der zwei benachbarten Temperaturbereiche, und daß die Ausgangsspannung von dem Maximalwert auf Null in Übereinstimmung mit bzw. in Abhängigkeit von der Eingangsspannung bei dem anderen der zwei benachbarten Temperaturbereiche linear abnimmt, und weiter, daß die Ausgangsspannung Null ist in einem Eingangsspannungsbereich, der von dem Eingangsspannungsbereich verschieden ist, welcher den zwei benachbarten Temperaturbereichen entspricht; und einen Spannungsaddierer zum Addieren der Ausgangsspannungen von allen Spannungsfunktions- bzw. Signalform-Erzeugungsschaltkreisen miteinander, wobei sich die Ausgangsspannung eines jeden Spannungsfunktions- bzw. Signalform-Erzeugungsschaltkreises verändert, basierend auf dem nachfolgenden Verhältnis: Wenn die Ausgangsspannung eines i-ten Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises sich von Null auf einen Maximalwert erhöht, nimmt die Ausgangsspannung eines (i-1)-ten Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises von einem Maximalwert auf Null ab; und wenn die Ausgangsspannung eines i-ten Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises von einem Maximalwert auf Null abnimmt, steigt die Ausgangsspannung eines (i+1)-ten Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises von Null auf einen Maximalwert an, wobei n eine ganze Zahl von 2 oder höher ist und die Anzahl der Temperaturbereiche darstellt; und i ist ganzzahlig in dem Bereich von 2 bis n.
  • Bei einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Ausgangsspannung des i-ten Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises, welche sich von Null bis zu dem Maximalwert erhöht, in dem ersten der zwei benachbarten Temperaturbereiche von einem Einzelabschnitt-Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis erzeugt, welcher sich im wesentlichen bzw. hauptsächlich aus mindestens einem Operationsverstärker zusammensetzt und wobei die Ausgangsspannung des Einzelabschnitts (single section)- Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises, welcher hauptsächlich aus dem mindestens einen Operationsverstärker besteht, invertiert wird, um als die Ausgangsspannung des (i-1)-ten Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises verwendet zu werden, welche von dem Maximalwert auf Null abnimmt in dem anderen der zwei benachbarten bzw. angrenzenden Temperaturbereiche.
  • Bei einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung ist der erste Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis ein Einzelabschnitt-Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis, welcher sich hauptsächlich aus Operationsverstärkern zusammensetzt zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, welche von einem Maximalwert auf Null abnimmt in Abhängigkeit von bzw. in übereinstimmung mit der Eingangsspannung.
  • Bei einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung ist der (n+1)-te Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis ein Einzelabschnitt-Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis, welcher sich hauptsächlich aus Operationsverstärkern zusammensetzt zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, welche von Null bis zu einem maximalen Wert ansteigt.
  • Bei einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Maximalwerte der Ausgangsspannung der Spannungsfunktions- bzw. Singalform-Erzeugungsschaltkreise bei dem gleichen Wert vorgeschrieben bzw. vorgegeben, und dabei wird ein solches gewünschtes Regel- bzw. Steuersignal durch Einstellen bzw. Anpassen der Amplitude eines Operationsverstärkers, welcher zwischen jedem Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis und dem Spannungsaddierer eingefügt ist, erzeugt.
  • Bei einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise hauptsächlich aus mindestens einem Operationsverstärker zusammengesetzt, und dabei wird die maximale Ausgangsspannung eines jeden Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises definiert unter Verwendung der Sättigungseigenschaften bzw. Sättigungskennlinien der Ausgangsspannung der Operationsverstärker.
  • Ein temperaturkompensierter Kristall- bzw. Quarzoszillator gemäß der vorliegenden Erfindung erfordert nur eine geringe Anzahl an Temperaturabtastpunkten, z.B. 3 bis 5 Punkte, bei welchen der temperaturkompensierte Quarzoszillator kalibriert wird, um so die Schwannung der Oszillationsfrequenz auf 1 oder 2 ppm oder weniger über einem Temperaturbereich, welcher sich über ungefähr 100ºC erstreckt, zu beschränken bzw. einzugrenzen. Des weiteren kann der temperaturkompensierte Quarzoszillator unabhängig bei jedem Temperaturabtastpunkt kalibriert werden, wodurch die Kalibrierung der Temperaturkompensation erheblich erleichtert wird. Deshalb kann der temperaturkompensierte Quarzoszillator der vorliegenden Erfindung bei relativ niedrigen Herstellungskosten eine hohe Genauigkeit aufweisen. Des weiteren kann der temperaturkompensierte Quarzoszillator mimaturisiert werden, weil er nur aus Bauelementen zusammengesetzt werden kann, welche für die Integration in ICS geeignet sind.
  • Demzufolge ermöglicht die hierin beschriebene Erfindung den Vorteil des Erzeugens bzw. Schaffens eines kompakten und nicht teuren temperaturkompensierten Quarzoszillators mit einer hohen Genauigkeit, welcher geeignet bzw. zufriedenstellend bei einem Zellulartelefon, einem schnurlosen Telefon und ähnlichem verwendet werden kann.
  • Diesen und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten beim Lesen und Verstehen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren offensichtlich werden.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches einen temperaturkompensierten Quarzoszillator gemäß einem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 2(a) ist ein Schaltplan, welcher einen Temperatursensor zeigt, der Dioden enthält, in einem temperaturkompensierten Quarzoszillator gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 2(b) ist ein Schaltplan, welcher einen Temperatursensor zeigt, der einen Thermistor umfaßt, in einem temperaturkompensierten Quarzoszillator gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 3 ist ein Diagramm bzw. Schaubild zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen der Temperatur und der Ausgangsspannung eines Temperatursensors gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 4 zeigt eine ideale Regel- bzw. Steuerspannungskurve (dargestellt durch die gepunktete Linie) zum idealen Kompensieren eines Quarzkristallresonators und eine Regel- bzw. Steuerkurve (dargestellt durch die durchgezogene Linie) bestehend aus geraden Linien, welche jeweils eine Annäherung bzw. Approximation an die ideale Kompensationskurve in einem der Temperaturbereiche darstellen bzw. bilden.
  • Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Eingabe/Ausgabe-Kennlinien der Spannungsfunktions- bzw. Signalform-Erzeugungsschaltkreise gemäß dem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 6(a) ist ein Teil eines bestimmten Schaltkreises des temperaturkompensierten Quarzoszillators des ersten Beispiels der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 6(b) ist der andere Teil des bestimmten Schaltkreises des temperaturkompensierten Quarzoszillators des ersten Beispiels der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 7 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Temperatur, Ausgangsspannung und Stromaufnahme des auf Dioden basierenden Temperatursensors zeigt, welcher in dem in den Figuren 6(a) und 6(b) gezeigten Schaltkreis verwendet wird.
  • Fig. 8 ist ein Graph, der das Verhältnis zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung einer Regel- bzw. Steuersignalerzeugungsvorrichtung eines temperaturkompensierten Quarzoszillators zeigt, der aus dem in den Figuren 6(a) und 6(b) gezeigten Schaltkreis besteht.
  • Fig. 9 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Temperatur und der Regel- bzw. Steuerspannung eines temperaturkompensierten Quarzoszillators zeigt, welcher aus dem in den Figuren 6(a) und 6(b) gezeigten Schaltkreis zusammengesetzt ist, wobei 5 Temperaturbereiche vorgesehen sind.
  • Fig. 10 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Frequenzschwankung und Veränderungen der Temperatur eines temperaturkompensierten Quarzoszillators zeigt, welcher aus dem in den Figuren 6(a) und 6(b) gezeigten Schaltkreis zusammengesetzt ist.
  • Fig. 11 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Temperatur und der Regel- bzw. Steuerspannung eines ersten modifizierten-bzw. abgewandelten Beispiels des temperaturkompensierten Quarzoszillators gemäß dem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei 4 Temperaturbereiche vorgesehen sind.
  • Fig. 12 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Temperatur und der Regel- bzw. Steuerspannung eines zweiten modifizierten bzw. abgewandelten Beispiels des temperaturkompensierten Quarzoszillators gemäß dem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei 3 Temperaturbereiche vorgesehen sind.
  • Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, welches einen temperaturkompensierten Quarzoszillator gemäß einem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, welches einen temperaturkompensierten Quarzzoszillator gemäß einem dritten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 15 ist ein Diagramm, welches die Eingabe/Ausgabe-Kennlinien der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise gemäß dem dritten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 16 ist ein Blockdiagramm, das den temperaturkompensierten Quarzoszillator gemäß einem vierten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 17 ist ein Diagramm, das die Eingabe/Ausgabe-Kennlinien von Spannungsfunktions- bzw. Signalform-Erzeugungsschaltkreisen gemäß dem vierten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 18(a) ist ein bestimmtes Schaltkreisdiagramm, welches einen Spannungsfunktions- bzw. Singalform-Erzeugungsschaltkreis gemäß dem vierten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 18(b) ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung des in Fig. 18(a) gezeigten Schaltkreises zeigt.
  • Fig. 19 ist ein Blockdiagramm, das einen herkömmlichen temperaturkompensierten Quarzoszillator vom analogen Typ zeigt.
  • Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, welches einen herkömmlichen temperaturkompensierten Quarzoszillator vom digitalen Typ zeigt.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Hiernach wird die vorliegende Erfindung mittels Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Gleiche Bestandteile werden durch gleiche Bezugszeichen durch die Beispiele hindurch gekennzeichnet.
    • Beispiel 1
  • Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches einen temperaturkompensierten Quarzoszillator gemäß dem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt der temperaturkompensierte Quarzoszillator einen Temperatursensor 101 zum Detektieren bzw. Erkennen der Temperatur, Spannungsfunktions- bzw. Signalform- Erzeugungsschaltkreise 102, 103, 104, 105 und 106, einen Spannungsaddierer 107 zum Addieren und Ausgeben von Spannungen, welche von den Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen 102 bis 106 erzeugt wurden, und einen Oszillations- bzw. Schwingungsschaltkreis 12 mit einem Quarzkristalfresonator 11 zum Stabilisieren der Frequenz, die dadurch oszilliert wird. Der Oszillationsschaltkreis 12 weist einen Ausgabeanschluß 13 zum Ausgeben der oszillierenden Spannung und einen Regel- bzw. Steueranschluß 15 zum Regeln bzw. Steuern der Oszillationsfrequenz auf. Eine variable bzw. veränderbare Kapazitätsdiode 14, deren Kapazität in Abhängigkeit von bzw. in Übereinstimmung mit einer Spannung verändert bzw. variiert wird, welche daran angelegt wird, ist mit dem Regel- bzw. Steueranschluß 15 verbunden.
  • Der Temperatursensor 101 erzeugt eine Spannung, welche im Verhältnis bzw. proportional zu der detektierten bzw. wahrgenommenen Temperatur ist. Die erzeugte Spannung wird den Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen 102, 103, 104, 105 und 106 eingegeben. Jeder der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 102 bis- 106 weist Eingabe/Ausgabe-Kennlinien auf, welche so ausgebildet sind, daß deren Ausgangsspannung linear ansteigt, wenn die Spannungseingabe daran ansteigt, und daß die Ausgangsspannung linear abnimmt nach dem Erreichen einer Spitzenspannung (peak voltage), wobei das Ansteigen und Abfallen der Ausgangsspannung nur in einem vorherbestimmten Bereich von Eingangsspannungen auftritt. Demzufolge bilden die Eingabe/Ausgabe-Kennlinien von jedem der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 102 bis 106 eine Kurve mit einer umgekehrten V-Form. Die Ausgangsspannungen von den Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen 102 bis 106 werden in den Spannungsaddierer 107 so eingegeben, daß sie miteinander addiert werden. Der Spannungsaddierer 107 ist mit dem Regel- bzw. Steueranschluß 15 des Oszillationsschaltkreises 12 verbunden. Eine Ausgangsspannung von dem Spannungsaddierer 107 wird an die variable bzw. veränderbare Kapazitätsdiode 1450 angelegt, um die Oszillationsfrequenz bezüglich bzw. gegen Veränderungen der Temperatur zu stabilisieren.
  • Wie in Fig. 2(a) gezeigt ist, kann der Temperatursensor 101 ein Schaltkreis sein, in dem eine Vielzahl von Dioden 23, die in Reihe geschaltet sind, in Reihe bzw. seriell mit einem Widerstand 22 verbunden sind. Wenn eine Gleichstrom(DC)-Spannung an einen Anschluß 21 angelegt wird, kann eine Spannungsverschiebung entsprechend zu einer Veränderung der Temperatur bei einem Ausgangsanschluß 24 erhalten werden, welcher bei der Verbindung zwischen dem Widerstand 22 und den Dioden 23 vorgesehen ist, unter Nutzung bzw. Verwendung der Veränderungen des p-n-Verbindungsbzw. Übergangspotentials (junction potential) der Dioden 23 in Reaktion auf die Veränderungen der Temperatur. Alternativ, wie in Fig. 2(b) gezeigt, kann der Temperatursensor 101 ein Schaltkreis sein, bei welchem ein Thermistor 25 in Reihe mit Widerständen 22 verbunden bzw. geschaltet ist, um so die Veränderungen des (Wirk)Widerstandes des Schaltkreises in Reaktion auf die Veränderungen der Temperatur zu nutzen. Bei dem Temperatursensor 101 der in Fig. 2(b) gezeigten Anordnung können ebenso eine Spannungsverschiebung entsprechend einer Veränderung der Temperatur erhalten werden bei dem Ausgabe- bzw. Ausgangsanschluß 24 durch Anlegen einer Gleichstrom(DC)-Spannung an den Anschluß 21.
  • Hiernach werden die prinzipiellen Arbeitsweisen des temperaturkompensierten Quarzoszillators des vorliegenden Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im größeren Detail beschrieben werden. Es wird angenommen, daß, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, die Ausgangsspannung von dem Temperatursensor 100 sich im wesentlichen linear verändert mit den Veränderungen der Temperatur T. Es wird auch angenommen, daß der Temperatursensor 101 die Spannungen Vs1, Vs2, Vs2, Vs4, Vs5 und Vs6, bei den Temperatauren T&sub1;, T&sub2;, T&sub3;, T&sub4;, T&sub5; und T&sub6; ausgibt.
  • Fig. 4 zeigt eine ideale Regel- bzw. Steuerspannungskurve (angezeigt durch die gepunktete Linie) zum idealen Kompensieren des temperaturkompensierten Quarzoszillators und eine Regel- bzw. Steuerkurve (angezeigt durch die durchgezogene Linie), bestehend aus geraden Linien, welche die ideale Regel- bzw. Steuerspannungskurve als ein Ganzes annähern. Wenn die Regel- bzw. Steuerspannung Vc an den Regel- bzw. Steueranschluß 15 (in Fig. 1 gezeigt) angelegt wird, basierend auf der idealen Regelbzw. Steuerspannungskurve, kann die Schwankung der Oszillationsfrequenz, welche von dem temperaturkompensierten Quarzoszillator oszilliert wird, in dem Temperaturbereich von T&sub1; bis T&sub6; perfekt bzw. vollständig kompensiert werden. Die Regel- bzw. Steuerspannung Vc, welche tatsächlich an den Regel- bzw. Steueranschluß 15 angelegt wird bzw. werden muß, weist eine Kennlinienkurve auf, welche aus fünf geraden Linien besteht und eine Annäherung an die ideale Regel- bzw. Steuerspannungskurve darstellt. Jede der fünf geraden Linien entspricht einem der fünf unterteilten Temperaturbereiche, d. h. T&sub1; bis T&sub2;, T&sub2; bis T&sub3;, T&sub3; bis T&sub4;, T&sub4; bis T&sub5; und T&sub5; bis T&sub6;.
  • Ein wesentliches Merkmal des Temperaturkompensationsverfahrens der vorliegenden Erfindung ist, daß dabei eine Vielzahl von geraden Linien verwendet wird, die eine Annäherung an die ideale Regel- bzw. Steuerspannungskurve bilden, welche die Schwankung der Oszillationsfrequenz bei Null hält, wobei jede der geraden Linien für einen der vorgeschriebenen bzw. vorgegebenen Temperaturbereiche optimal gemacht wird. Auf der anderen Seite verwendet ein herkömmliches Temperaturkompensationsverfähren üblicherweise gerade Linien als eine Approximation einer Kurve, welche das Verhältnis zwischen der Temperatur und der Oszillationsfrequenz eines Quarzkristallresonators darstellt. Obwohl beide, das Verfähren der vorliegenden Erfindung und das herkömmliche Verfahren, den Ansatz einer Approximation mit geraden Linien verwenden, sind diese voneinander ziemlich unterschiedlich bei deren Wegen bzw. Arten des Durchführens der Approximation.
  • Fig. 5 zeigt Beispiele von Spannungen, welche von den Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen bzw. -generatoren 102 bis 106 (in Fig. 1 gezeigt) in Reaktion auf die Eingangsspannung Vs von dem Temperatursensor 101 ausgegeben werden, so daß die Approximationskurve der geraden Linien, die durch die durchgezogene Linie in Fig. 4 gezeigt ist, erhalten bzw. erreicht wird. Wie aus Fig. 5 gesehen wird, erzeugt jeder der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 103 bis 106 die Spannungen mit einer umgekehrten V-förmigen Kurve nur für bzw. während zwei benachbarten bzw. angrenzenden Eingangsspannungsbereichen. Die Ausgangsspannung von dem Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis bzw. -generator 102 entspricht nur einem Eingangsspannungsbereich. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, arbeitet der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 102 in dem Eingangsspannungsbereich zwischen Vs1 bis Vs2; der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 103 arbeitet in dem Eingangsspannungsbereich zwischen Vs1 bis Vs3; der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 104 arbeitet in dem Eingangsspannungsbereich zwischen Vs2 bis Vs4; der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 105 arbeitet in dem Eingangsspannungsbereich zwiscben Vs3 bis Vs; und der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 106 arbeitet in dem Eingangsspannungsbereich zwischen Vs5 bis Vs6. Die Ausgangsspannung eines jeden Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises ist Null außerhalb dessen entsprechendem Eingangsspannungsbereich, wie oben gezeigt.
  • Des weiteren gibt der Spannungsfunktions- bzw. Signalform-Erzeugungsschaltkreis 102 eine maximale Spannung Vc5 bei der Eingangsspannung Vs1 aus; der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 103 gibt eine maximale Spannung Vc4 bei der Eingangsspannung Vs2 aus; der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 104 gibt eine maximale Spannung Vc3 bei der Eingangsspannung Vs3 aus; der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 105 gibt eine maximale Spannung Vc2 bei der Eingangsspannung Vs4 aus; und der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 106 gibt eine maximale Spannung Vc1 bei der Eingangsspannung Vs5 aus. Z.B. bleibt die Ausgangsspannung des Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises 104 bei Null bis die Eingangsspannung Vs2 erreicht, steigt linear an, wenn die Eingangsspannung sich von Vs&sub2; erhöht, erreicht den maximalen Wert Vs, wenn die Eingangsspannung Vs3 ist, nimmt linear ab, wenn die Eingangsspannung sich auf Vs4 erhöht und wird wieder Null, nachdem die Eingangsspannung Vs4 überschreitet.
  • Als nächstes werden die Ausgangsspannungen der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 102 bis 106 mit den oben erwähnten Eingabe/Ausgabe-Kennlinien durch den Spannungsaddierer 107 miteinander addiert, um der Regel- bzw. Steuerspannung Vs eine Kurve zu geben, welche aus geraden Linien besteht, welche jeweils die ideale Regel- bzw. Steuerspannungskurve in einem der fünf Temperaturbereiche annähern.
  • Gemaß der obigen Anordnung, wie aus den Figuren 1, 4 und 5 gesehen wird, muß der maximale Wert der Ausgangsspannung, welcher von dem Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 103 erzeugt wird, nur bei der bzw. auf die Spannung Vc4 bei der Temperatur T&sub2; (entsprechend der Eingangsspannung Vs2) eingestellt bzw. angepaßt werden, wenn die Regel- bzw. Steuerspannung Vc in dem Bereich der Temperatur von T&sub1; bis T&sub3; kalibriert werden soll, d.h. in dem Bereich der Eingangsspannung von Vs1 bis Vs3, weil die Ausgangsspannungen der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 102, 104, 105 und 106 Null sind bei der Temperatur T&sub2;. Demzufolge wird die Kalibrierung der Temperaturkompensation erheblich erleichtert bzw. vereinfacht gemaß der vorliegenden Erfindung. Auf der anderen Seite ist die Ausgangsspannung des Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises 103 Null in dem Temperaturbereich außerhalb der Temperaturbereiche voh T&sub1; bis T&sub3; (entsprechend zu den Eingangsspannungen, außer Vs1 bis Vs3). Deshalb beeinflußtdie Veränderung der maximalen Ausgangsspannung, außer Vs1 Kalibrierung bei den anderen Temperaturen T&sub1;, T&sub3;, T&sub4; und T&sub5; (entsprechend den Eingangsspannungen Vs1, Vs3, Vs4 und Vs) überhaut nicht. Mit anderen Worten: Es sollte die Kalibrierung der jeweiligen maximalen Ausgangsspannungen Vc5, Vc4, Vc3, Vc2 und Vc1 der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 102 bis 106 nur durchgeführt werden in Bezug auf die jeweiligen Temperaturbereiche, welche diesen zugewiesen sind, wodurch jede Beeinflussung zwischen einer maximalen Ausgangsspannung und einer anderen eliminiert wird. Zusätzlich, weil gerade Linien verwendet werden, um die ideale Regel- bzw. Steuerspannungskurve zu approximieren, muß die Kalibrierung der Temperaturkompensation nur bei verschiedenen Temperaturabtastpunkten durchgeführt werden, wodurch es leicht gemacht bzw. vereinfacht wird, den temperaturkompensierten Quarzoszillator zu realisieren, welcher zum Erzeugen einer stabilen Frequenz fähig ist.
  • Hiernach wird ein Schaltkreis, welcher den temperaturkompensierten Kristall- bzw. Quarzoszillator des vorliegenden Beispiels mit Operationsverstärkern verkörpert beschrieben. Die Figuren 6(a) und 6(b) sind Diagramme, welche den temperaturkompensierten Quarzoszillator der vorliegenden Erfindung zeigen, welcher im wesentlichen aus Operationsverstärkern zusammengesetzt bzw. aufgebaut ist. Ein in Fig. 6(a) gezeigter Schaltkreis ist mit einem in Fig. 6(b) gezeigten Schaltkreis bei dem Regelbzw. Steueranschluß 15 verbunden.
  • Ein Quarzkristalkesonator 11 ist von einem UM-1-Typ (Frequenz: 12,8 MHz) und ist ein AT-Schnittkristall bzw. -Quarz. Ein Oszillationsschaltkreis 12 ist ein Colpitts- Oszillator, in welchem bipolare Siliziumtransistoren verwendet werden. Eine variable bzw. veränderbare Kapazitätsdiode 14 kann z.B. eine MA366 sein (hergestellt von: Matsushita Electronic Components Co., Ltd.). Die Oszillationsfrequenz des Oszillationsschaltkreises 12 kann durch Verändern der Spannung, die an die variable Kapazitätsdiode 14 angelegt wird, verändert werden. Insbesondere erhöht sich die Osziallationsfrequenz des Oszillationsschaltkreises 2, wenn die angelegte positive Spannung sich erhöht.
  • Ein Temperatursensor 101 dieses temperaturkompensierten Quarzoszillators hat eine Anordnung wie in Fig. 2(a) gezeigt und umfaßt drei Dioden, welche in Reihe geschaltet bzw. verbunden sind. Jede der drei Dioden kann z.B. eine MA150 (hergestellt von: Matsushita Electronic Components Co., Ltd.) sein. Weil drei Dioden, die in Reihe geschaltet sind, vorgesehen sind, können Veränderungen der Temperatur größere Veränderungen der Ausgangsspannung von dem Temperatursensor bewirken, als diejenigen, welche durch nur eine Diode verursacht werden, wodurch Kennlinien bzw. Eigenschaften realisiert werden, welche für einen Temperatursensor in einem temperaturkompensierten Quarzoszillator geeignet sind. Fig. 7 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Temperatur, Ausgangsspannung und Stromaufliahme des auf Dioden basierenden Temperatursensors zeigt, welcher in dem in Fig. 6(a) gezeigten Schaltkreis verwendet wird. Wie aus Fig. 7 gesehen wird, weist die Ausgangsspannung des Temperatursensors eine Kennlinienkurve auf, welche sich linear verändert in Bezug auf die Temperatur.
  • Wie in Fig. 6(b) gezeigt, können die Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 102 bis 106 und ein Spannungsaddierer 107 als Schaltkreise realisiert bzw. verwirklicht werden, welche Operationsverstärker enthalten (AN1358; hergestellt von: Matsushita Electronic Components Co., Ltd.). Bei dem in Fig. 6(b) gezeigten Schaltkreis weist jeder der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 103 bis 106 Eingabe/Ausgabe- Kennlinien mit einer umgekehrten V-Form in einem vorherbestimmten Eingangsspannungsbereich auf, entsprechend bzw. korrespondierend zu zwei benachbarten bzw. angrenzenden unterteilten Temperaturbereichen und wird gebildet durch die Kombination bzw. Zusammenstellung von Einzelabsclinitts-Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen mit Eingabe/Ausgabe-Kennlinien mit einer geradlinigen Form in einem vorherbestimmten Eingangsspannungsbereich entsprechend einem einzelnen unterteilten Temperaturbereich. Die Ausgangsspannung eines i-ten Einzelabschnitt-Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises (wobei i ganzzalilig von 2 bis 5 ist) entsprechend der ersten Hälfte des relevanten Temperaturbereichs (wo die Ausgangsspannung sich von Null bis zu dem maximalen Wert erhöht) wird erhalten durch die Verwendung von Operationsverstärkern zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, welche sich von Null bis zu dem maximalen Wert erhöht in Abhängigkeit von bzw. in Übereinstimmung mit einer Eingangsspannung, die sich innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs verändert, entsprechend zu dem Temperaturbereich. Die gleiche Ausgangsspannung des i-ten Einzelabschnitts-Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises wird invertiert, um als die Ausgangsspannung verwendet zu werden entsprechend der zweiten Hälfte des relevanten Temperaturbereichs (wo die Ausgangsspannung von dem maximalen Wert auf Null abnimmt). Zum Beispiel werden die Spannungen, die jeweils aus einer geraden Linie bestehen, bezeichnet als 1&sub1; und 1&sub2;, wie in Fig. 5 gezeigt, erzeugt durch den Operationsverstärker opi allein (in Fig. 6(b) gezeigt).
  • Des weiteren, ist in Fig. 6(b) der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 102 ein Einzelabschnitts-Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis, welcher zusammengesetzt ist bzw. besteht aus Operationsverstärkern zum Erzeugen emer Ausgangsspannung, welche von dem maximalen Wert auf Null abnimmt in Abhängigkeit von bzw. m Übereinstimmung mit einer Eingangsspannung, welche von Vs1 bis Vs2 variiert bzw. sich verändert, entsprechend dem ersten Temperaturbereich. Alternativ, auf der gleichen prinzipiellen Linie bzw. Grundlage, kann ein (n+1)-ter (wobei n eine Anzahl der unterteilenden Punkte zwischen den Temperaturbereichen ist, hiernach wird diese Anzahl als "Temperaturbereichsanzahl" bezeichnet) Spannungsfiinktionserzeugungsschaltkreis ein Einzelabschnitts-Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis sein, welcher aus Operationsverstärkern aufgebaut bzw. zusammengesetzt ist, zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, die sich von Null bis zu dem maximalen Wert erhöht, in Abhängigkeit von bzw. in Überstimmung mit einer Eingangsspannung, welche innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs variiert, entsprechend dem n-ten Temperaturbereich, im Gegensatz zu dem in den Fig. 6(a) und 6(b) gezeigten Schaltkreis. Durch Anpassen bzw. Übernehmen bzw. Abstimmen dieser Verfahren können die Schaltkreise etwas einfacher gemacht werden.
  • Des weiteren ist bei dem in den Figuren 6(a) und 6(b) gezeigten Schaltkreis die maximale Ausgangsspannung eines jeden Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises bei dem gleichen Wert vorgeschrieben bzw. voreingestellt. Jede maximale Ausgangsspannung ist angepaßt bzw. eingestellt, um so die gewünschte Gesamtregel- bzw. Steuerspannung zu erhalten, durch Einstellen bzw. Anpassen der Amplitude eines Operationsverstärkers, welcher zwischen jeden Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis und dem Spannungsaddierer 107 eingefügt ist. Wie bei der maximalen Ausgangsspannung ist sie definiert unter Verwendung der Sättigungskennlinie der Ausgangsspannung der Operationsverstärker Demzufolge ist es ermöglicht, die gewünschte Regel- bzw. Steuersignal(Spannungs)-Kurve zu erhalten.
  • Fig. 8 ist ein Diagramm bzw. Graph, welcher das Verhältnis zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung der Regel- bzw. Steuersignalerzeugungsvorrichtung zeigt, bestehend aus den Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen 102 bis 106 und dem Spannungsaddierer 107. Die Eingangsspannung wird durch den Temperatursensor 101 erzeugt. Insbesondere erzeugen die Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 102 bis 106 jeweils die Ausgangsspannungen 13 bis 17, basierend auf der Eingangsspannung. Die Ausgangsspannungen 13 bis 17 werden addiert durch den Spannungsaddierer 107, um eine Ausgangsspannung 18 zu erzeugen, die ausgegeben wird entsprechend zu den Eingangsspannungen m dem Bereich von 800 mV bis 1600 mV.
  • Fig. 9 ist ein Graph bzw. Diagramm, welches das Verhältnis zwischen der Temperatur und der Regel- bzw. Steuerspannung zeigt, welche an den Regel- bzw. Steueranschluß 15 des temperaturkompensierten Quarzoszillators angelegt wird, der aus dem in den Figuren 6(a) und 6(b) gezeigten Schaltkreis besteht. In Fig. 9 bezeichnet die Kurve, welche durch einen Kreis (o) bezeichnet ist, eine ideale Temperaturkompensationsregel- bzw. -Steuerkurve, welche die Schwankung der Oszillationsfrequenz bei Null hält. Die Kurve, welche durch ausgefüllte Quadrate ( ) angezeigt ist und die Kurve, die durch ausgefüllte Dreiecke ( ) angezeigt ist, welche zwischen bzw. neben der idealen Temperaturkompensationsregel- bzw. -Steuerkurve liegen, bezeichnen Regelbzw. Steuerkurven der Fälle, bei welchen die Oszillationsfrequenz bei +1 ppm bzw. -1 ppm schwankt. Die Kurven, welche außerhalb der Kurven angeordnet sind, angezeigt durch Quadrate ( ) und Dreiecke (Δ), bezeichnen Regel- bzw. Steuerkurven in den Fällen, wo die Osziallationsfrequenz mit +2 ppm bzw. -2 ppm schwankt.
  • Die auffallende, dicke polygonale Linie bezeichnet eine Regel- bzw. Steuerkurve für den Fall, wo fünf Temperaturbereiche vorgesehen sind in Abhängigkeit von bzw. m Übereinstimmung mit dem oben erläuterten Beispiel. Die Temperaturskala ist unterteilt bei den jeweiligen Unterteilungspunkten bei -32ºC, -17ºC, 0ºC, 47ºC, 67ºC und 80ºC, welche den Regel- bzw. Steuerspannungen von 1422 mV, 1167 mV, 1014 mV, 1005 mV, 819 mV bzw. 556 mV entsprechen. Die Temperaturbereiche und die Gesaintregel- bzw. -Steuerkurve sind so vorgeschrieben bzw. vorgegeben, um den maximalen Wert der Frequenzschwankung zu minimieren, welcher aus der Abweichung der Regel- bzw. Steuerkurve von der idealen Regel- bzw. Steuerkurve resultiert, über die gesamte Temperaturskala. Die so erhaltene Regel- bzw. Steuerkurve, zusammengesetzt aus fünf Approximations- bzw. Annäherungslinien, paßt vorteilhaft in den Zwischenraum zwischen den Regel- bzw. Steuerlinien, welche ± 1 ppm der Frequanzeschwankung darstellen. Dies zeigt an, daß die Temperaturkompensation erfolgreich durchgeführt werden kann, wobei die Abweichung bei ± 1 ppm oder weniger liegt.
  • Obwohl die Regel- bzw. Steuerkurve so vorgeschrieben ist, um die Abweichung davon über die gesamte Temperaturskala in dem vorliegenden Beispiel zu minimieren, ist diese auch anwendbar, um eine Approximation durch Vorsehen bzw. Vorschreiben, daß die Frequenzschwankung Null bei beiden Enden eines jeden Temperaturbereichs wird, zu erzielen. Dies würde etwas die Frequenzschwankung erhöhen, jedoch würde dies ermöglichen, daß die Approximation der idealen Regel- bzw. Steuerkurve durch eine Vielzalll von geraden Linien erfolgt und weiter das Kalibrierungsverfahren vereinfachen.
  • Fig. 10 ist ein Graph bzw. Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Frequenzschwankung bzw. -verschiebung bzw. -drift und den Veränderungen der Temperaturen des temperaturkompensierten Quarzoszillators, wie in den Fig. 6(a) und 6(b) gezeigt, zeigt. Die Frequenzschwankung wird innerhalb ± 1 ppm jiber einen Temperaturbereich von -30ºC bis +75ºC gehalten. Obwohl fünf gerade Linien verwendet werden, um eine Approximation an die ideale Regel- bzw. Steuerkurve zu erzielen, wobei jede gerade Linie einem der Temperaturbereiche entspricht, gilt im allgemeinen, daß sich die Genauigkeit der Temperaturkompensation erhöht, wenn es mehr Bereiche der Temperatur gibt (d.h. mehr gerade Linien werden für die Approximation verwendet), und daß es leichter wird, den Schaltkreis zu konfigurieren, weil es weniger Temperaturbereiche sind (d.h. weniger gerade Linien werden für die Approximation verwendet). Deshalb wird es, gemaß der vorliegenden Erfindung, möglich, die optimale Schaltkreiskonfiguration bzw. Anordnung in einer vorgegebenen Anwendung zu realisieren durch Vorschreiben bzw. Vorgeben der Anzahl der Temperaturbereiche in Abhängigkeit von bzw. in übereinstimmung mit der Zieltemperaturzone und Frequenzstabilität. Wo fünf gerade Linien für die Approximation verwendet werden, wird der temperaturkompensierte Quarzoszillator am besten verwendet für z.B. ein FDMA-Typ analoges Zellularradio-Endgerät mit großer Kapazität und mit Kanalfrequenz-Intervallen von 12,5 kHz oder weniger, welches erfordert, daß die Frequenzveränderung ± 1 ppm oder weniger über einen Temperaturbereich von -20ºC bis +85ºC ist.
  • Fig. 11 ist ein Graph, welcher das Verhältnis zwischen der Temperatur und der Regelbzw. Steuerspannung eines ersten modifizierten bzw. abgewandelten Beispiels des temperaturkompensierten Quarzoszillators der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei vier Temperaturbereiche vorgesehen sind. Wie aus Fig. 11 gesehen wird, wird die Frequenzschwankung in Reaktion auf die Veränderungen der Temperatur bei ± 1,5 ppm oder weniger über einen Temperaturbereich von -30ºC bis +75ºC gehalten. Dies zeigt an, daß ein temperaturkompensierter Quarzoszillator gemaß dem vorliegenden Beispiel, bei dem vier gerade Linien für die Approximation verwendet werden, am besten für z.B. ein digitales Zellularradio-Endgerät vom Schnellband TDMA-Typ mit Kanalfrequenzintervallen von ungefähr 25 kHz, verwendet wird, was erfordert, daß die Frequenzveränderung bei ± 1,5 ppm oder weniger liegt, über einem Temperaturbereich von -20ºC bis +85ºC.
  • Fig. 12 ist ein Graph, welcher das Verhältnis zwischen der Temperatur und der Regel- bzw. Steuerspannung eines zweiten modifizierten Beispiels des temperaturkompensierten Quarzoszillators des vorliegenden Beispiels zeigt, wobei drei Temperaturbereiche vorgesehen sind. Wie aus Fig. 12 gesehen wird, wird die Frequenzschwankung in Reaktion auf die Veränderungen der Temperatur bei ±2,5 ppm oder weniger über einen Temperaturbereich von -30ºC bis +75ºC gehalten. Dies zeigt an, daß ein temperaturkompensierter Quarzoszillator gemäß dem vorliegenden Beispiel, bei dem drei gerade Linien für die Approximation verwendet werden, am besten für z.B. em analoges Zellularradio-Endgerät vom FDMA-Typ mit Kanalfrequenzintervallen von ungefähr 30 kHz oder mehr, verwendet wird, was erfordert, daß die Frequenzveränderung bei ±2,5 ppm oder weniger liegt, über einem Temperaturbereich von -30ºC bis +75ºC. Der temperaturkompensierte Quarzoszillator kann auch bei einem digitalen Breitband-Zellularradio-Endgerät vom TDMA-Typ eingesetzt werden, und einem digitalen kabel- bzw. schnurlosen Telefon mit breiten Kanalfrequenzintervallen.
  • Wie gemäß der Konfiguration des vorliegenden Beispiels beschrieben wurde, ist ein kompakter, billiger und sehr genauer temperaturkompensierter Quarzoszillator mit vereinfachter Temperaturkompensation vorgesehen bzw. geschaffen. Deshalb sind, gemäß dem vorliegenden Beispiel, temperaturkompensierte Quarzoszillatoren geschaffen, welche anwendbar sind bei einem analogen Zellularradio-Endgerät vom FDMA- Typ, einem digitalen Schmalband-Zellularradio-Endgerät vom TDMA-Typ, einem digitalen Breitband-Zellularradio-Endgerät vom TDMA-Typ, und einem digitalen kabel- bzw. schnurlosen Telefon.
  • Bei diesem Beispiel besteht der Temperatursensor 101 aus dem Schaltkreis, in welchem eine Mehrzahl von Dioden oder ein Thermistor verwendet wird. Alternativ kann der Temperatursensor 101 aus einem Schaltkreis bestehen, in welchem ein elektronisches Element, das von einer Diode oder einem Thermistor verschieden ist, eine Veränderung der Ausgangsspannung in Übereinstimmung mit bzw. Abhängigkeit von Veränderungen der Temperatur bewirkt. Z.B. kann der Temperatursensor 101 aus einem Schaltkreis bestehen, in welchem ein Transistor verwendet wird, und eine Veränderung eines Stroms, verursacht durch Veränderungen der Temperatur, wird umgewandelt in Veränderungen einer Spannung. In diesem Fall kann das Verhältnis zwischen dem Strom und der Spannung linear sein, von zweiter Ordnung sein, von dritter Ordnung sein, oder eine Exponentialfunktion sein, entsprechend den Eingabe/Ausgabe-Kenn linien eines Operationsverstärkers
  • Des weiteren können die Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 102 bis 106 und/oder der Spannungsaddierer 107 Transistoren außer den bzw. anstatt der Operationsverstärkern umfassen.
    • Beispiel 2
  • Hiernach wird ein zweites Beispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Bestandteile, welche denen in Beispiel 1 entsprechen, sind durch die gleichen Bezugszeichen angezeigt (außer anders angegeben). Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, das einen temperaturkompensierten Quarzoszillator gemaß dem vorliegenden Beispiel zeigt. Wie in Fig. 13 gezeigt, umfaßt der temperaturkompensierten Quarzoszillator einen Temperatursensor 31 zum Erkennen bzw. Detektieren einer Temperatur, einen A/D-Wandler 32, ein Verknüpfungs- bzw. Operations-Bauelement 33, einen PROM 34, einen D/A (Digital/Analog)-Wandler 35 und einen Oszillationsschaltkreis 12 mit einem Quarzkristallresonator 11 zum Stabilisieren der dadurch erzeugten Frequenz. Der Oszillationsschaltkreis 12 umfaßt einen Ausgangs bzw. Ausgabeanschluß 13 zum Ausgeben der erzeugten Spannung und einen Regel- bzw. Steueranschluß 15 zum Regeln bzw. Steuern der Oszillationsfrequenz. Eine variable bzw. veränderbare Kapazitätsdiode 14, deren Kapazität in Abhängigkeit von bzw. in Übereinstimmung mit einer Spannung verändert wird, welche daran angelegt wird, ist mit dem Regel- bzw. Steueranschluß 15 verbunden. Der Oszillationsschaltkreis 12 ist mit dem in Beispiel 1 identisch.
  • Der temperaturkompensierte Quarzoszillator des vorliegenden Beispiels ist zu dem von Beispiel 1 identisch, außer daß die Regel- bzw. Steuerspannung, die an den Regelbzw. Steueranschluß 15 angelegt wird, von einem digitalen Operations- bzw. Verknüpfüngs- bzw. Arbeitsverfahren erzeugt wird. Der Temperatursensor 31 erzeugt eine Spannung, die im Verhältnis bzw. proportional zu der detektierten bzw. erkannten Temperatur ist und gibt die Spannung bei dem A/D-Wandler 32 ein, wo die Spannung entsprechend der Temperatur in ein ditigales Signal umgewandelt wird. Das digitale Signal wird an das Verknüpfüngs- bzw. Operations-Bauelement 33 eingegeben.
  • Die Temperaturen Ti (wobei i ganzzahlig in dem Bereich von 1 bis zu einer Temperaturunterteilungsanzahl n ist) bei den Unterteilungspunkten zwischen den Temperaturreichen und den Regel- bzw. Steuerspannungswerten V&sub0;&sub1;, welche den Temperaturen T&sub1; entsprechen, werden vorher in den PROM 34 geschrieben. Diese Werte werden auch in das Verknüpfüngs- bzw. Operations-Bauelement 33 eingegeben, wo ein digitaler Wert der Regel- bzw. Steuerspannung V entsprechend einer gegebenen Temperatur T berechnet wird, basierend auf der nachfolgenden Funktion:
  • Der digitale Wert der Regel- bzw. Steuerspannung V wird in den D/A Wandler 35 eingegeben, um so in eine Regel- bzw. Steuerspannung in der Form eines analogen Werts umgewandelt zu werden. Eine Ausgangsspannung des D/A-Wandlers 35 ist mit dem Regel- bzw. Steueranschluß 15 des Oszillationsschaltkreises 12 gekoppelt, um die Oszillationsfrequenz in Bezug auf die Temperatur zu stabilisieren.
  • Wie gemaß dem vorliegenden Beispiel beschrieben wurde, wird die Regel- bzw. Steuerspannung, welche an den Regel- bzw. Steueranschluß 15 angelegt wird, durch ein digitales Verknüpfungs- bzw. Operationsverfahren erzeugt. Deshalb kann der temperaturkompensierte Quarzoszillator mit einer Konfiguration realisiert werden, welche geeignet ist, in ICS integriert zu werden, was demzufolge die Miniaturisierung des Oszillators ermöglicht. Die Kalibrierung kann durchgeführt werden nur durch Schreiben der Unterteilungspunkttemperaturen und der entsprechenden Regel- bzw. Steuerspannungswerte m den PROM 34, wobei in diesem Fall die Temperaturen und Regel- bzw. Steuerspannungswerte ziemlich frei festgesetzt bzw. gewählt werden können. Dies ermöglicht es, daß die Regel- bzw. Steuerkurve flexibel vorgegeben bzw. vorgeschrieben wird. Gemaß diesem Beispiel erfordert der temperaturkompensierte Quarzoszillator der vorliegenden Erfindung Kompensationsdaten bestehend aus einer Tabelle von z.B. nur 3 Bits mal 7 Bits. Deshalb benötigt es weniger Zeit, die Kompensationsdaten zu erhalten und diese in den PROM 34 zu schreiben, was zu einer hohen Produktivität führt. Der in Fig. 13 gezeigte temperaturkompensierte Quarzoszillator kann aus bekannten analogen Schaltkreisen und digitalen Schaltkreisen bestehen.
    • Beispiel 3
  • Hiernach wird ein drittes Beispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Bestandteile, welche denen in Beispiel 1 entsprechen, sind durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet (außer anders angegeben). Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, das einen temperaturkompensierten Quarzoszillator gemaß dem vorliegenden Beispiel zeigt.
  • Der temperaturkompensierte Quarzoszillator des vorliegenden Beispiels ist identisch mit dem von Beispiel 1, außer bezüglich der Konfiguration bzw. Anordnung der Regelbzw. Steuerspannungserzeugungsvorrichtung. Die Regel- bzw. Steuerspannungserzeugungsvorrichtung setzt sich aus fünf Spannungsfunktions- bzw. Signalform- Erzeugungsschaltkreisen 203, 204, 205, 206 und 207 und einem schaltenden Schaltkreis 202 zum Schalten zwischen den Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen 203 bis 207 in Abhängigkeit von bzw. in Übereinstimmung mit der Ausgangsspanung von einem Temperatursensor 201, welche im Verhältnis bzw. proportional zu der detektierten bzw. erkannten Temperatur ist, zusammen.
  • Bezugnehmend auf die Figuren 14 und 15 erzeugen die Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 203, 204, 205, 206 und 207 Ausgangsspannungen in Reaktion auf Eingangsspannungen innerhalb der jeweiligen Eingangsspannungsbereiche Vs1 bis Vs2, Vs2 bis Vs3, Vs3 bis Vs4, Vs4 bis Vs5 und Vs5 bis Vs6 von dem Temperatursensor 201. Die Ausgangsspannungen der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 203 bis 207 werden so eingestellt, um die Regel- bzw. Steuerspannung zu bilden, dargestellt durch die durchgezogene Linie in Fig. 15, und werden bei Null vorgeschrieben bzw. vorgegebenen außerhalb der entsprechenden Eingangsspannungsbereiche.
  • Hiernach werden die Verknüpfungs- bzw. Operations- bzw. Arbeitsprinzipien für den temperaturkompensierten Quarzoszillator des vorliegenden Beispiels beschrieben. Es wird angenommen, daß der Temperatursensor 201 Eigenschaften bzw. Kennlinien aufweist, so daß die Ausgangsspannung Vs von dem Temperatursensor 201 sich im wesentlichen linear mit den Veränderungen der Umgebungstemperatur T verändert, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Es wird auch angeommen, daß der Temperatursensor 201 die Spannungen Vs1, Vs2, Vs3, Vs4, Vs5 und Vs6 bei den Temperaturen T&sub1;, T&sub2;, T&sub3;, T&sub4;, T&sub5; bzw. T&sub6; ausgibt. Es wird auch angenommen, daß das Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung Vs des Temperatursensors 201 und der Regel- bzw. Steuerspannung Vc zum Stabilisieren der Oszillationsfrequenz das gleiche ist, wie das in Fig. 4 gezeigte. Wie in Fig. 14 gezeigt, wird die Ausgangsspannung des Temperatursensors 201 auch dem schaltenden Schaltkreis 202 zugeführt bzw. eingespeist, zum Schalten zwischen den Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen 203 bis 207. Die Regel- bzw. Steuerleitungen verbinden den schaltenden Schaltkreis 202 mit den Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen 203 bis 207, so daß das Schalten durchgefürt werden kann.
  • Fig. 15 zeigt auch die Arbeits- bzw. Operationseigenschaften des schaltenden Schaltkreises 202 und der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 203 bis 207 in Bezug auf die Eingangsspannung Vs von dem Temperatursensor 201, welche die Kennlinien realisieren können, die durch die durchgezogene Linie in Fig. 4 dargestellt sind. Der schaltende Schaltkreis 202 dient zum Zuweisen von einem der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 203 bis 207 für jeden Eingangs- bzw. Eingabespannungsbereich. Wie in Fig. 15 gezeigt, arbeitet der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 203 in dem Eingangsspannungsbereich von Vs1 bis Vs&sub2;; der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 204 arbeitet in dem Eingangsspannungsbereich von Vs2 bis Vs3; der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 205 arbeitet in dem Eingangsspannungsbereich von Vs3 bis Vs4; der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 206 arbeitet in dem Eingangsspannungsbereich von Vs4 bis Vs5; und der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis 207 arbeitet in dem Eingangsspannungsbereich von Vs5 bis Vs6. Jeder Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis ist in einer Ruhestellung (rest) (d.h. die Ausgangsspannung eines jeden Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises ist Null) außerhalb dessen entsprechendem Eingangsspannungsbereich, wie oben gezeigt.
  • Des weiteren weist jeder Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis Eingabe/Ausgabe- Kennlinien so auf, daß die Ausgangsspannung davon linear abnimmt, wenn die Eingangsspannung sich innerhalb des entsprechenden Eingangsspannungsbereichs erhöht. Insbesondere nimmt die Ausgangsspannung des Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises 203 von Vc5 auf Vc4 ab, wenn die Eingangsspannung sich von Vs1 auf Vs2 erhöht; die Ausgangsspannung des Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises 204 nimmt von Vc4 auf Vc3 ab, wenn die Eingangsspannung sich von Vs2 auf Vs3 erhöht; die Ausgangsspannung des Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises 205 nimmt von Vc3 auf Vc2 ab, wenn die Eingangsspannung sich von Vs3 auf Vs4 erhöht; die Ausgangsspannung des Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises 206 nimmt von Vc2 auf Vc1 ab, wenn die Eingangsspannung sich von Vs4 auf Vs5 erhöht; und die Ausgangsspannung des Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises 207 nimmt von Vs1 auf Null ab, wenn sich die Eingangsspannung von Vs5 auf Vs6 erhöht.
  • Durch das Schalten zwischen den Ausgangsspannungen der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 203 bis 207 mit den oben beschriebenen Eigenschaften bzw. Kennlinien unter der Verwendung des Temperatursensors 201 und in Übereinstinmung mit der Ausgangsspannung von dem schaltenden Schaltkreis 202 wird es möglich, eine Regel- bzw. Steuerspannung Vc mit den Kennlinien, angezeigt bzw. dargestellt durch die durchgezogene Linie in Fig. 4, unter Bezugnahme auf die Eingangsspannung, d.h. unter Bezugnahme auf die Umgebungstemperatur, zu erhalten.
  • Gemäß der oben erwähnten Konfiguration bzw. Anordnung, wie bei dem Fall von Beispiel 1 und wie aus den Figuren 4, 14 und 15 gesehen wird, wird die Kalibrierung der Regel- bzw. Steuerspannung Vc bei der Temperatur T&sub2; (entsprechend der Eingangsspannung Vs2) z.B. nur durch Verändern des maximalen Werts Vc4 der Ausgangsspannung des Spannungsfunktions- bzw. Signalform-Erzeugungsschaltkreises 204 und durch Anpassen bzw. Einstellen der Ausgangsspannung des Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises 203 bei der Temperatur T&sub2; durchgeführt, weil die Ausgangsspannungen der Spannungsfunktions- bzw. Signalform-Erzeugungsschaltkreise 205,206 und 207 Null sind. Demzufolge wird die Kalibrierung der Temperaturkompensation erheblich vereinfacht bzw. erleichtert. Zusätzlich, weil gerade Linien verwendet werden, um die ideale Kompensationskurve anzunähern, muß die Kalibrierung nur bei verschiedenen Temperaturabtastpunkten durchgeführt werden, wodurch es leicht gemacht wird, einen temperaturkompensierten Quarzoszillator zu realisieren, der eine stabile Frequenz erzeugen kann.
  • Des weiteren wird das Schalter zwischen den Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen 203, 204, 205, 206 und 207 durch den schaltenden Schaltkreis 202 realisiert. Mit anderen Worten ist nicht mehr als ein Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis zu einem Zeitpunkt in Betrieb, wodurch die Stromaufuahme verringert wird.
  • Die Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 203 bis 207 können durch Verwendung der Operationsverstärker, wie die in Beispiel 1 beschriebenen, realisiert werden, basierend auf der bekannten Technik. Der schaltende Schaltkreis 202 kann unter Verwendung von FETs (Feldeffekttransistoren) realisiert werden, basierend auf der bekannten Technik.
    • Beispiel 4
  • Hiernach wird ein viertes Beispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Bestandteile, welche denen in Beispiel 1 entsprechen, werden durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet (außer anders angegeben). Fig. 16 ist ein Blockdiagramm, welches einen temperaturkompensierten Quarzoszillator gemäß dem vorliegenden Beispiel zeigt, welcher im wesentlichen zu dem temperaturkompensierten Quarzoszillator von Beispiel 1 identisch ist, außer bezüglich der Eingabe/Ausgabe-Kennlinien eines jeden Spannungsfunktions- bzw. Signalform-Erzeugungsschaltkreises.
  • Wie in Fig. 16 gezeigt, ist ein Temperatursensor 301 mit den Spannungsfunktions- bzw. Signalform-Erzeugungsschaltkreisen 302, 303, 304, 305 und 306 verbunden. Die Spannungsfiinktionserzeugungsschaltkreise 302, 303, 304, 305 und 306 wiederum sind mit einem Spannungsaddierer 307 verbunden. Der Spannungsaddierer 307 ist mit einem Regel- bzw. Steueranschluß 15 eines Oszillationsschaltkreises 12 und einer variablen bzw. veränderbaren Kapazitätsdiode 14 verbunden.
  • Hiernach werden die Verknüpfungs- bzw. Operations- bzw. Arbeitsweisen bzw. -prinzipien des temperaturkompensierten Quarzoszillators des vorliegenden Beispiels beschrieben. Es wird angenommen, daß der Temperatursensor 301 solche Kennlinien aufweist, daß die Ausgangsspannung Vs von dem Temperatursensor 301 sich mit den Veränderungen der Umgebungstemperatur T im wesentlichen linear verändert, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Es wird auch angenommen, daß der Temperatursensor 301 die Spannungen Vs1, Vs2, Vs3 , Vs4, Vs5 und Vs6 bei den Temperaturen T&sub1;, T&sub2;, T&sub3;, T&sub4;, T&sub5; bzw. T&sub6; ausgibt. Es wird auch angenommen, daß das Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung Vs des Temperatursensors 301 und der Regel- bzw. Steuerspannung Vc zum Stabilisieren der Oszillationsfrequenz das gleiche ist, wie das in Fig. 4 gezeigte.
  • Fig. 17 zeigt die Betriebs- bzw. Operationskennlinien der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 302 bis 306 in Bezug auf die Eingangsspannung Vs von dem Temperatursensor 301, welche die Kennlinien angezeigt durch die durchgezogene Linie in Fig. 4 realisieren können.
  • Die Eingabe/Ausgabe-Kennlinien der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 302 bis 306 sind wie folgt: Die Ausgangsspannung des Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises 302 wird bei dem gleichen Wert von (Vc5 - Vc4) beibehalten, bis die Eingangsspannung Vs1 erreicht, nimmt linear ab von (Vc5 - Vc4) herunter bis auf Null, wenn die Eingangsspannung sich von Vs1 auf Vs2 erhöht, und wird bei Null beibehalten, nachdem die Eingangsspannung Vs2 überschreitet. Die Ausgangsspannung des Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises 303 wird bei dem gleichen Wert von (Vc4 - Vc3) aufrechterhalten, bis die Eingangsspannung Vs2 erreicht, nimmt linear ab von (Vc4 - Vc3) bis herunter auf Null, wenn die Eingangsspannung sich von Vs2 auf Vs3 erhöht, und wird bei Null beibehalten, nachdem die Eingangsspannung Vs3 überschreitet. Die Ausgangsspannung des Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises 304 wird bei dem gleichen Wert von (Vc3 - Vc2 aufrechterhalten, bis die Eingangsspannung Vs3 erreicht, nimmt linear ab von (Vc3 - Vc2 bis herunter auf Null, wenn die Eingangsspannung sich von Vs3 auf Vs4 erhöht, und wird bei Null beibehalten, nachdem die Eingangsspannung Vs4 überschreitet. Die Ausgangsspannung des Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises 305 wird bei dem gleichen Wert von (Vc2 - Vc1) aufrechterhalten, bis die Eingangsspannung Vs4 erreicht, nimmt linear ab von (Vc2 - Vc1) bis herunter auf Null, wenn die Eingangsspannung sich von Vs4 auf Vs5 erhöht, und wird bei Null beibehalten, nachdem die Eingangsspannung Vs5 überschreitet. Die Ausgangsspannung des Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises 306 wird bei Vc1 gehalten, bis die Eingangsspannung Vs5 erreicht, nimmt linear ab von Vc1 bis herunter auf Null, wenn die Eingangsspannung sich von Vs5 auf Vs6 erhöht, und wird bei Null beibehalten, nachdem die Eingangsspannung Vs6 überschreitet. Die Figuren 18(a) und 18(b) zeigen ein Beispiel eines bestimmten Schaltkreises, um die Eingabe/Ausgabe-Kennlinien der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 302 bis 306 zu erhalten, wie in Fig. 17 gezeigt.
  • Als nächstes werden die Ausgangsspannungen der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 302 bis 306 mit den oben erwähnten Eingabe/Ausgabe-Kennlinien durch den Spannungsaddierer 307 miteinander addiert, um die Regel- bzw. Steuerspannung Vc mit den Kennlinien zu ergeben, die durch die durchgezogene Linie in Fig. 4 in Bezug auf die Eingangsspannung von dem Temperatursensor 301 dargestellt sind, d.h. in Bezug auf die Umgebungstemperatur.
  • Gemaß der obigen Konfiguration bzw. Anordnung, wie aus den Figuren 4, 16 und 17 gesehen, wird die Kalibrierung der Regel- bzw. Steuerspannung Vc in dem Temperaturbereich von z.B. T&sub2; bis T&sub3; (entsprechend dem Eingangsspannungsbereich von Vs2 bis Vs3) nur durchgeführt durch Verändern des Werts (Vc4 - Vc3) der Ausgangsspannung des Spannungsfunktions- bzw. Signalform-Erzeugungsschaltkreises 303. Der Grund hierfür liegt darin, daß, weil die Ausgangsspannungen der Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 302, 304, 305 und 306 konstante Werte sind, die Regel- bzw. &teuerspannung nur durch Einstellen bzw. Anpassen des Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises 303 eingestellt werden kann. Demzufolge wird die Temperaturkompensation erheblich vereinfacht gemaß dem vorliegenden Beispiel.
  • Wenn die Temperatur-Frequenz-Kennlinien in Bezug auf alle Temperaturbereiche angepaßt werden müssen, wird die Kalibrierung von den Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen 306, 305, 304, 303 bis 302 durchgeführt. Weil gerade Linien verwendet werden, um die ideale Kompensationskurve zu approximieren bzw. anzunähern, muß die Temperaturkompensation nur bei verschiedenen Temperaturabtastpunkten durchgeführt werden, wodurch es leicht gemacht wird, einen temperaturkompensierten Quarzoszillator zu realisieren, welcher eine stabile Frequenz erzeugen kann. Zusätzlich weist der temperaturkompensierte Quarzoszillator, wie in Fig. 16 gezeigt, den Vorteil auf, daß die Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 302 bis 306 einfacher gemacht werden können, als die Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise 102 bis 106 im Beispiel 1.
  • Einige beispielhafte Werte für die Temperaturen und Spannungen und einige beispielhafte Bauteilnummern für elektronische Elemente wurden oben erwähnt. Es wird angemerkt, daß andere Werte und Bauteilnummern auch verwendet werden können, welche die Arbeitsweise der beschriebenen Erfindung ermöglichen.

Claims (13)

1.Temperaturkompensierter Kristall- bzw. Quarzoszillator mit:
- einer Oszillationsvorrichtung (12) mit einem Quarzkristallresonator bzw. Schwingquarz (11) und einem Regel- bzw. Steueranschluß (15) zum Vorsehen einer oszillierenden bzw. schwingenden Signals, welches von dem Schwingquarz (11) bestimmt wird, und eines Regel- bzw. Steuersignals, welches an den Regel- bzw Steueranschluß (15) angelegt wird;
- einer Temperaturdetektiervorrichtung (101) zum Detektieren der Betriebstemperatur und zum Ausgeben eines Temperatursignals, basierend auf der Betriebstemperatur; und
- einer Regel- bzw. Steuersignalerzeugungsvorrichtung (102, 103, 104, 105, 106) zum Empfangen des Temperatursignals von der Temperaturdetektiervorrichtung (101), zum Erzeugen des Regel- bzw. Steuersignals, basierend auf einer charakteristischen bzw. Kennlinienkurve, und Ausgeben des Regel- bzw. Steuersignals an den Regel- bzw. Steueranschluß (15), wobei die Kennlinienkurve im wesentlichen aus einer Vielzahl von geraden Linien besteht und eine Annäherung einer idealen Regel- bzw. Steuerkurve in einem vorher bestimmten Betriebstemperaturbereich umfassend die Betriebstemperatur darstellt, wobei die ideale Regel- bzw. Steuerkurve eine solche Beziehung zwischen dem Regel- bzw. Steuersignal und dem Temperatursignal aufweist, daß ideal jede Schwankung der Frequenz des ozsillierenden Signals bei Veränderungen der Betriebstemperatur kompensiert bzw. ausgeglichen wird, wobei der vorherbestimmte Betriebs temperaturbereich in eine Vielzahl von Bereichen eingeteilt ist und jede der Vielzahl von geraden Linien einem der Temperaturbereiche entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Regel- bzw. Steuersignalerzeugungsvorrichtung (102, 103, 104, 105, 106) eine Vielzahl von Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen (102, 103, 104, 105, 106) mit jeweils Eingabe-/Ausgabekennlinien für das lineare Verändern einer Eingangsspannung von einer ersten vorherbestimmten Spannung zu einer zweiten vorherbestimmten Spannung in Übereinstimmung mit bzw. in Abhängigkeit von der Eingangsspannung innerhalb eines Eingangsspannungsbereichs entsprechend einem vorherbestimmten der unterteilten Temperaturbereiche und zum Aufrechterhalten der Ausgangsspannung bei entweder der ersten vorherbestimmten Spannung oder der zweiten vorherbestimmten Spannung in einem Eingangsspannungsbereich entsprechend den unterteilten Temperaturbereichen, mit Ausnahme des einen vorherbestimmten unterteilten Temperaturbereiches und einen Spannungsaddierer (107) zum Addieren der Ausgangsspannungen von allen Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen (102, 103, 104, 105, 106) miteinander aufweist.
2. Temperaturkompensierter Kristall- bzw. Quarzoszillator mit:
- einer Oszillationsvorrichtung (12) mit einem Quarr:kristallresonator bzw. Schwingquarz (11) und einem Regel- bzw. Steueranschluß (15) zum Vorsehen einer oszillierenden bzw. schwingenden Signals, welches von dem Schwingquarz (11) bestimmt wird, und eines Regel- bzw. Steuersignäls, welches an den Regel- bzw Steueranschluß (15) angelegt wird;
- einer Temperaturdetektiervorrichtung (101) zum Detektieren der Betriebstemperatur und zum Ausgeben eines Temperatursignals, basierend auf der Betriebstemperatur; und
- einer Regel- bzw. Steuersignalerzeugungsvorrichtung (102, 103, 104, 105, 106) zum Empfangen des Temperatursignals von der Temperaturdetektiervorrichtung (101), zum Erzeugen des Regel- bzw. Steuersignals, basierend auf einer charakteristischen bzw. Kennlinienkurve, und Ausgeben des Regel- bzw. Steuersignals an den Regel- bzw. Steueranschluß (15), wobei die Kennlinienkurve im wesentlichen aus einer Vielzahl von geraden Linien besteht und eine Annäherung einer idealen Regel- bzw. Steuerkurve in einem vorher bestimmten Betriebstemperaturbereich umfassend die Betriebstemperatur darstellt, wobei die ideale Regelbzw. Steuerkurve eine solche Beziehung zwischen dem Regel- bzw. Steuersignal und dem Temperatursignal aufweist, daß ideal jede Schwankung der Frequenz des ozsillierenden Signals bei Veränderungen der Betriebstemperatur kompensiert bzw. ausgeglichen wird, wobei der vorherbestimmte Betriebstemperaturbereich in eine Vielzahl von Bereichen eingeteilt ist und jede der Vielzahl von geraden Linien einem der Temperaturbereiche entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Regel- bzw. Steuersignalerzeugungsvorrichtung (n+1) Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise (102, 103, 104, 105, 106) umfaßt mit solchen Eingabe/Ausgabekennlinien, daß in einem vorherbestimmten Eingangsspannungsbereich entsprechend zu zwei benachbarten der unterteilten Temperaturbereiche die Ausgangsspannung linear von Null auf einen vorherbestimmten Maximalwert ansteigt, in Abhängigkeit von einer Eingangsspannung bei einem ersten der zwei benachbarten Temperaturbereiche und daß die Ausgangsspannung linear von dem Maximalwert auf Null abniniiiit, in Abhängigkeit von der Eingangsspannung in dem anderen der zwei benachbarten Temperaturbereiche und weiter, daß die Ausgangsspannung Null ist in einem Eingangsspannungsbereich, der von dem Eingangsspannungsbereich verschieden ist, welcher zu den zwei benachbarten Temepraturbereichen gehört bzw. diesen entspricht, daß ein Spannungsaddierer (12) die Ausgangsspannungen von allen Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreisen miteinander addiert, daß
- die Ausgangsspannung eines jeden Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises (102, 103, 104, 105, 106) sich basierend auf der nachfolgenden Beziehnung verändert:
- wenn die Ausgangsspannung eines iten Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises (102, 103, 104, 105, 106) von Null auf einen Maximalwert ansteigt, nimmt die Ausgangsspannung eines (i-1)ten Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises (102, 103, 104, 105, 106) von einem Maximalwert auf Null ab; und
- wenn die Ausgangsspannung eines iten Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises (102, 103, 104, 105, 106) von einem Maximalwert auf Null abnimmt, erhöht sich die Ausgangsspannung eines (i+1)ten Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises (102, 103, 104, 105, 106) von Null auf einen Maximalwert, und daß
- n eine ganze Zahl, 2 oder höher ist, welche die Anzahl der Temperaturbereiche darstellt; und i eine ganze Zahl in dem Bereich von 2 bis n ist.
3. Temperaturkompensierter Kristall- bzw. Quarzoszillator nach Anspruch 2, wobei die Ausgangs- bzw. Ausgabespannung des iten Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises (102, 103, 104, 105, 106), welche von Null auf den Maximalwert in dem ersten der zwei benachbarten Temperaturbereiche ansteigt, von einem Einzelabschnitt- Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis (102, 103, 104, 105, 106) erzeugt wird, welcher sich im wesentlichen aus mindestens einem Operationsverstärker zusammensetzt, und wobei die Ausgangsspannung des Einzelabschnitt-Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises (102, 103, 104, 105, 106), welcher im wesentlichen aus zumindest einem Operationsverstärker gebildet ist, invertiert ist, so daß sie als die Ausgangsspannung des (i-1)ten Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreises (102, 103, 104, 105, 106) verwendet werden kann, welche von dem Maximalwert auf Null in dem anderen der zwei benachbarten Temperaturbereiche abnimmt.
4. Temperaturkompensierter Quarzoszillator nach Anspruch 2, wobei der erste Spannung sfunktionserzeugungsschaltkreis (102, 103, 104, 105, 106) ein Einzelabschnitt-Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis ist, welcher im wesentlichen aus Operationsverstärkern zum Erzeugen emer Ausgangsspannung besteht, welche von einem Maximalwert auf Null in Abhängigkeit von der Eingangsspannung abnimmt.
5. Temperaturkompensierter Quarzoszillator nach Anspruch 2, wobei der (n+1)te Spannungsfunktionserzeugungsschaltungkreis (102, 103, 104, 105, 106) ein Einzelabschnitt-Spannungstunktionserzeugungsschaltkreis (102, 103, 104, 105, 106) ist, welcher hauptsächlich aus Operationsverstärkern zum Erzeugen einer Ausgangsspannung besteht, welche von Null auf einen Maximalwert ansteigt.
6. Temperaturkompensierter Quarzoszillator nach Anspruch 2, wobei die Maximalwerte der Ausgangsspannungen der Spannungsfunktionserzeugungsschaltungkreise (102, 103, 104, 105, 106) bei dem gleichen Wert vorgeschrieben bzw. festgelegt sind, und wobei ein solches gewünschtes Regel- bzw. Steuersignal durch Anpassen bzw. Einstellen der Amplitude eines Operationsverstärkers erzeugt wird, welcher zwischen jedem Spannungsfunktionserzeugungsschaltungkreis (102, 103, 104, 105, 106) und dem Spannungsaddierer (107) eingefügt ist.
7. Temperaturkompensierter Quarzoszillator nach Anspruch 6, wobei die Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreise (102, 103, 104, 105, 106) hauptsächlich aus mindestens einem Operationsverstärker bestehen und wobei die maximale Ausgangsspannung von jedem Spannungsfunktionserzeugungsschaltkreis (102, 103, 104, 105, 106) definiert wird unter Verwendung von Sättigungskennlinien der Ausgangsspannung der Operationsverstärker.
8. Temperaturkompensierter Quarzoszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die charakteristische bzw. Kennlinienkurve so ausgewahlt wird, daß ein Maximalwert der Frequenzschwankung, welche aus einer Abweichung von der idealen Regel- bzw. Steuerkurve über dem Betriebstemperaturbereich resultiert, minimiert wird.
9. Temperaturkompensierter Quarzoszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jede der Vielzahl von geraden Linien sich an die ideale Regel- bzw. Steuerkurve an beiden Enden von jedem der unterteilten Temperaturbereiche angleicht, so daß keine Frequenzschwankungen an den beiden Enden auftreten.
10. Temperaturkompensierter Quarzoszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kennlinienkurve aus fünf geraden Linien besteht.
11. Temperaturkompensierter Quarzoszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kennlinienkurve aus vier geraden Linien besteht.
12. Temperaturkompensierter Quarzoszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kennlinienkurve aus drei geraden Linien besteht.
13. Temperaturkompensierter Quarzoszillator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Temperaturdetektiervorrichtung (101) ein Schaltkreis ist, umfassend einen Widerstand, welcher in Reihe zu einer Vielzahl von Dioden geschaltet ist, welche in Reihe miteinander verbunden sind, und wobei ein Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand und den Dioden einen Ausgangsanschluß zum Ausgeben des Temperatursignals definiert und ein Gleichstrom an den Schaltkreis angelegt wird.
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