JP2000196357A - 温度補償型水晶発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御電圧発生回路から水晶発振回路へ伝達さ
れる雑音成分を充分に除し、且つ電源投入時に水晶発振
回路の発振周波数を短時間で安定させる。 【解決手段】 水晶発振回路１１の温度を温度検出回路
１２で検出し、その検出信号に応じて制御電圧発生回路
１３が出力する制御電圧を、ローパスフィルタ１４を介
して周波数調整回路１５に入力させて、水晶発振回路１
１の発振周波数を制御する。そのローパスフィルタ１４
の遮断周波数を、電源投入時にはスイッチング素子３０
をオンにして高い周波数にし、一定時間後にはスイッチ
ング素子３０をオフにして低い周波数にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、主に携帯電話機
などの移動体無線通信機器に使用される温度補償型発振
器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水晶振動子を用いた水晶発振器は、周波
数安定度は他の発振器に比べて勝れているが、近年急速
に普及した携帯電話機などの移動体無線通信機器の基準
発振器として使用する場合には、水晶振動子の温度特性
に起因する発振周波数の変動が問題になる。

【０００３】この問題を解決するために、水晶振動子の
温度特性を補償する、いわゆる温度補償型水晶発振器が
広く用いられている。温度補償型水晶発振器の中でも間
接法と呼ばれる方式のものは、近年の集積回路技術の発
展に伴い、部品点数の削減と性能の向上が図られてい
る。

【０００４】間接法による従来の温度補償型水晶発振器
の構成を図３を用いて説明する。この図３に示す温度補
償型水晶発振器は、水晶発振回路１と、温度検出回路２
と、制御電圧発生回路３と、ローパスフィルタ４と、周
波数調整回路５とから構成されている。

【０００５】そして、温度検出回路２は、水晶発振回路
１の温度を検出してその検出温度に依存した出力電圧を
制御電圧発生回路３へ入力する。制御電圧発生回路３
は、その入力電圧を増幅または反転増幅処理をして、そ
の出力電圧をローパスフィルタ４を介して周波数調整回
路５へ入力する。周波数調整回路５は、入力された電圧
によって前記水晶発振回路１の発振周波数を制御する。

【０００６】温度変化により、水晶発振回路１の発振周
波数が変動した場合、この変動の補償は以下のように行
なう。制御電圧発生回路３は、温度検出回路２からの電
圧を入力して、周波数調整回路５が水晶発振回路１の発
振周波数を制御して、上述の温度変化による発振周波数
の変動分を相殺できるような電圧を周波数調整回路５へ
出力する。

【０００７】こうして、水晶発振回路１は温度変化にか
かわらず一定の周波数を発振することができ、温度補償
がなされる。最近のデジタル方式の無線通信機器では、
基準発振源として温度補償型水晶発振器を用いるが、こ
の水晶発振器には上記の温度補償に加えて、位相雑音の
低減が強く要求されている。

【０００８】しかしながら、図３における制御電圧発生
回路３は複数の増幅回路で構成されているので、制御電
圧発生回路３から周波数調整回路５へ出力される電圧に
は、様々な周波数の雑音成分が含まれる。この雑音成分
を除去するために、制御電圧発生回路３からの出力電圧
をローパスフィルタ４を介して周波数調整回路５へ入力
させるようにしている。このローパスフィルタ４によっ
て雑音成分を充分に除去するためには、その遮断周波数
を１Ｈｚ程度にする必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ローパ
スフィルタの遮断周波数を１Ｈｚ程度にすると、電源投
入時に、制御電圧発生回路からの制御電圧を周波数調整
回路へ伝達するのに１秒以上を要することになる。その
ために、電源投入後数秒間にわたって水晶発振回路の発
振周波数が安定しなくなるという問題がある。

【００１０】この発明は、上述のように制御電圧発生回
路からの制御電圧をローパスフィルタを介して周波数調
整回路へ入力させ、そのローパスフィルタによって雑音
成分を充分に除去できるようにした温度補償型水晶発振
器において、上記の問題を解決して、電源投入時に、制
御電圧発生回路からの制御電圧を速やかに周波数調整回
路へ伝達して、水晶発振回路の発振周波数を充分に短い
時間で安定させることができるようにすることを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、水晶発振回
路と、温度検出回路と、制御電圧発生回路と、ローパス
フィルタと、周波数調整回路とを備え、温度検出回路が
水晶発振回路の温度を検出してその出力電圧を制御電圧
発生回路へ入力し、その制御電圧発生回路が出力電圧を
ローパスフィルタを介して周波数調整回路へ入力し、そ
の周波数調整回路によって水晶発振回路の発振周波数を
制御する温度補償型水晶発振器において、上記の目的を
達成するため、次のように構成する。

【００１２】すなわち、上記ローパスフィルタを、第１
の遮断周波数と第２の遮断周波数を有するものとし、且
つ電源投入時にその第１の遮断周波数を一定の時間選択
した後に第２の遮断周波数を選択する遮断周波数選択手
段を設けたものである。上記ローパスフィルタの第１の
遮断周波数は、第２の遮断周波数の１００００倍から１
０００００倍の範囲にするとよい。

【００１３】さらに、上記ローパスフィルタを、抵抗素
子および容量素子とその抵抗素子に並列に接続したスイ
ッチング素子とによって構成し、上記遮断周波数選択手
段を、電源投入時のパワーオンリセット信号により上記
スイッチング素子をオンにして上記抵抗素子を一定の時
間短絡した後に開放する手段にすることができる。その
場合、上記スイッチング素子のオン時の抵抗値が、上記
抵抗素子の抵抗値の１００００分の１から１０００００
分の１の範囲になるようにするのが望ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明による温度補償型
水晶発振器の最適な実施形態について図面を用いて説明
する。図１は、この発明による温度補償型水晶発振器の
一実施形態の構成を示すブロック回路図である。

【００１５】この図１に示す温度補償型水晶発振器は、
水晶発振回路１１と、温度検出回路１２と、制御電圧発
生回路１３と、ローパスフィルタ１４と、周波数調整回
路１５と、パワーオンリセット回路１６と、抵抗素子１
８，１９とによって構成されている。

【００１６】水晶発振回路１１は、水晶振動子２１とイ
ンバータ２２と帰還抵抗素子２３ととが並列に接続され
て構成されている。また、周波数調整回路１５は、水晶
発振回路１１の水晶振動子２１の両端子とアースとの間
にそれぞれ接続されたＭＩＳ型可変容量コンデンサ２
５，２６によって構成される。ローパスフィルタ１４
は、抵抗素子２８および容量素子２９と、抵抗素子２８
に並列に接続したスイッチング素子３０とによって構成
されている。

【００１７】そして、温度検出回路１２の出力端子は制
御電圧発生回路１３の入力端子に接続し、制御電圧発生
回路１３の出力端子は、ローパスフィルタ１４および抵
抗素子１８あるいは抵抗素子１９を介して、周波数調整
回路１５の入力端子（ＭＩＳ型可変容量コンデンサ２
５，２６と水晶発振回路１１の水晶振動子２１の各端子
との各接続点）に接続している。パワーオンリセット回
路１６の出力端子は、パワーオンリセット信号出力線１
７を介してスイッチング素子３０の制御端子に接続して
いる。

【００１８】図２はスイッチング素子３３の構成例を示
す回路図である。このスイッチング素子３３は、端子３
１と端子３２の間に互いに並列に接続したＰチャネルＭ
ＯＳトランジスタ３３とＮチャネルＭＯＳトランジスタ
３４と、インバータ３５とからなる。そして、パワーオ
ンリセット信号出力線１７がＮチャネルＭＯＳトランジ
スタ３４のゲートに直接接続され、インバータ３５を介
してＰチャネルＭＯＳトランジスタ３３に接続されてい
る。したがって、パワーオンリセット信号はインバータ
３５によって反転されて、ＰチャネルＭＯＳトランジス
タ３３のゲートに入力される。

【００１９】次に、図１および図２によって、この実施
形態の温度補償型水晶発振器の動作を説明する。図１に
おいて、温度検出回路１２は水晶発振回路１１の温度を
検出して、その検出温度に依存した電圧を制御電圧発生
回路１３へ出力する。制御電圧発生回路１３は、温度検
出回路１１からの電圧を入力して、その電圧に応じた制
御電圧をローパスフィルタ１４及び抵抗素子１８，１９
を介して周波数調整回路１５へ入力させる。

【００２０】ローパスフィルタ１４は、その遮断周波数
以上の周波数成分を制御電圧発生回路１３の出力電圧で
ある制御電圧から除去して、制御電圧発生回路１３から
周波数調整回路１５を介して発振回路１１へ雑音成分が
伝達されるのを阻止し、発振回路１１の発振出力の位相
雑音の増加を防止する。

【００２１】位相雑音を効果的に低減するため、ローパ
スフィルタ１４の遮断周波数は、１Ｈｚ以下に設定す
る。抵抗素子１８，１９は、容量素子２９が周波数調整
回路１５を構成するＭＩＳ型可変容量コンデンサ２５，
２６へ容量的な影響を及ぼすのを遮断するためのもので
ある。

【００２２】周波数調整回路１５は、入力された電圧を
ＭＩＳ型可変容量コンデンサ２５，２６に印加して、Ｍ
ＩＳ型可変容量コンデンサ２５，２６の容量値を変化さ
せ、水晶発振回路１１の発振周波数を制御する。

【００２３】温度変化により、水晶発振回路１１の発振
周波数が変動した場合、制御電圧発生回路１３は、温度
検出回路１２からの電圧を入力して、周波数調整回路１
５が水晶発振回路１１の発振周波数を制御し、上記温度
変化による発振周波数の変動分を相殺できるような電圧
を周波数調整回路１５へ入力させる。こうして、水晶発
振回路１１は、温度変化にかかわらず一定の周波数を発
振することができ、温度補償がなされる。

【００２４】次に、この温度補償型水晶発振器における
電源投入時の動作について説明する。図１において、パ
ワーオンリセット回路１６は、電源投入時にパワーオン
リセット信号として高い電圧の信号をパワーオンリセッ
ト信号出力線１７へ出力する。

【００２５】スイッチング素子３０は、パワーオンリセ
ット信号出力線１７から高い電圧の信号を入力すると、
スイッチング素子３０を構成する図２に示すＰチャネル
ＭＯＳトランジスタ３３とＮチャネルＭＯＳトランジス
タ３４がいずれも導通状態となり、端子３１，３２間を
短絡させて抵抗素子３１を短絡する。そのため、ローパ
スフィルタ１４は、スイッチング素子３０の短絡抵抗と
容量素子２９で構成されるようになり、スイッチング素
子３０の短絡抵抗値Ｒ１と容量素子２９の容量値Ｃの積
である時定数Ｃ・Ｒ１の値で決まる第１の遮断周波数を
選択する。

【００２６】この時、制御電圧発生回路１３の出力電圧
を周波数調整回路１５へ伝達するのに要する時間は、ロ
ーパスフィルタ１４の第１の遮断周波数によって決ま
る。温度補償型発振器の最大の用途である移動体電話機
器においては、一般的に電源投入時の周波数安定に要す
る時間は１０００分の３秒から１０００分の５秒以下と
定められているので、実用的にはローパスフィルタ１４
の第１の遮断周波数は１０ＫＨｚ以上とする必要があ
り、時定数Ｃ・Ｒ１の値は１００００分の１秒以下とす
る。

【００２７】その後一定時間が経過すると、パワーオン
リセット回路１６はパワーオンリセット信号を解除して
低い電圧の信号をパワーオンリセット信号出力線１７へ
出力する。

【００２８】スイッチング素子３０は、パワーオンリセ
ット信号出力線１７から低い電圧の信号を入力すると、
ＰチャネルＭＯＳトランジスタ３３とＮチャネルＭＯＳ
トランジスタ３４が遮断状態となり、端子３１，３２間
の短絡を解除して抵抗素子２８の短絡を開放する。した
がって、ローパスフィルタ１４は、抵抗素子２８と容量
素子２９によって構成されることになり、抵抗素子２８
の抵抗値Ｒ２と容量素子２９の容量値Ｃの積である時定
数Ｃ・Ｒ２の値で決まる第２の遮断周波数を選択する。

【００２９】制御電圧発生回路１３の出力電圧から雑音
成分を充分に除去するためには、このローパスフィルタ
１４の第２の遮断周波数を前述したように１Ｈｚ以下に
する必要がある。そのため、上記時定数Ｃ・Ｒ２の値を
１秒以上とする。上述した時定数Ｃ・Ｒ１とＣ・Ｒ２の
値を満たすためには、Ｃの値は一定であるから、Ｒ１の
値はＲ２の値の１００００分の１以下とする必要があ
る。

【００３０】これを実現するには、単純にスイッチング
素子３０の短絡抵抗値Ｒ１の値を小さくし、抵抗素子２
８の抵抗値Ｒ２の値を大きくすればよいが、製造的な観
点に立つと、Ｒ１の値の下限はスイッチング素子３０の
経済的な大きさで決まり、Ｒ２の値の上限は回路の漏れ
電流で決まる。

【００３１】これらを勘案すると、Ｒ１の値はＲ２の値
の１００００分の１から１０００００分の１の範囲にす
ることにより最も良い結果を得ることができる。１例と
しては、Ｒ１＝１０Ｋオーム、Ｒ２＝１００Ｍオームか
ら５００Ｍオーム、Ｃ＝０．０１μＦとする。

【００３２】しかし、このような条件を完全に満たさな
くても、従来のように遮断周波数が固定のローパスフィ
ルタを使用する温度補償型水晶発振器に比べれば、ロー
パスフィルタの遮断周波数を、電源投入時から一定時間
は高い遮断周波数とし、一定時間後は低い遮断周波数に
変更するだけでも、相当の効果を得ることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
る温度補償型水晶発振器は、制御電圧発生回路から周波
数調整回路を介して水晶発振回路へ伝達される雑音成分
をローパスフィルタにより充分に除去して、水晶発振回
路の発振出力の位相雑音が増加するのを防止することが
でき、且つ電源投入時に、制御電圧発生回路から周波数
調整回路へ高速に制御電圧を伝達できるので、電源投入
後に短時間で水晶発振回路の発振周波数を安定させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による温度補償型水晶発振器の一実施
形態の構成を示すブロック回路図である。

【図２】図１におけるスイッチング素子３０の構成例を
示す回路図である。

【図３】従来の温度補償型水晶発振器の構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１１：水晶発振回路 １２：温度検出回路 １３：制御電圧発生回路 １４：ローパスフィルタ １５：周波数調整回路 １６：パワーオンリセット回路 １７：パワーオンリセット信号出力線 １８，１９，２３，２８：抵抗素子 ２１：水晶振動子 ２２：インバータ ２５，２６：ＭＩＳ型可変容量コンデンサ ２９：容量素子 ３０：スイッチング素子 ３１，３２：スイッチング素子の端子 ３３：ＰチャネルＭＯＳトランジスタ ３４：ＮチャネルＭＯＳトランジスタ ３５：インバータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水晶発振回路と、温度検出回路と、制御
   電圧発生回路と、ローパスフィルタと、周波数調整回路
   とを備え、前記温度検出回路は、前記水晶発振回路の温
   度を検出してその出力電圧を前記制御電圧発生回路へ入
   力し、該制御電圧発生回路は、その出力電圧を前記ロー
   パスフィルタを介して前記周波数調整回路へ入力し、該
   周波数調整回路によって前記水晶発振回路の発振周波数
   を制御する温度補償型水晶発振器において、 前記ローパスフィルタが、第１の遮断周波数と第２の遮
   断周波数を有し、 電源投入時に前記第１の遮断周波数を一定の時間選択し
   た後に前記第２の遮断周波数を選択する遮断周波数選択
   手段を設けたことを特徴とする温度補償型発振器。
2. 【請求項２】 前記ローパスフィルタの前記第１の遮断
   周波数が、前記第２の遮断周波数の１００００倍から１
   ０００００倍の範囲にある請求項１記載の温度補償型発
   振器。
3. 【請求項３】 前記ローパスフィルタが、抵抗素子およ
   び容量素子とその抵抗素子に並列に接続したスイッチン
   グ素子とによって構成され、 前記遮断周波数選択手段が、電源投入時のパワーオンリ
   セット信号により前記スイッチング素子をオンにして前
   記抵抗素子を一定の時間短絡した後に開放する手段であ
   る請求項１記載の温度補償型発振器。
4. 【請求項４】 前記スイッチング素子のオン時の抵抗値
   が、前記抵抗素子の抵抗値の１００００分の１から１０
   ００００分の１の範囲にある請求項３記載の温度補償型
   発振器。