JP2000278043A - 温度補償型発振回路 - Google Patents

温度補償型発振回路

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JP2000278043A
JP2000278043A JP11086172A JP8617299A JP2000278043A JP 2000278043 A JP2000278043 A JP 2000278043A JP 11086172 A JP11086172 A JP 11086172A JP 8617299 A JP8617299 A JP 8617299A JP 2000278043 A JP2000278043 A JP 2000278043A
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JP
Japan
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circuit
temperature
capacitor
oscillation circuit
rom
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JP11086172A
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Koichi Sakai
弘一 酒井
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Toko Inc
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Toko Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は、三次関数発生回路と可変容
量ダイオードを用いることなく構成でき、1チップIC
として一つの集積回路に形成できる温度補償型発振回路
を提供することにある。 【解決手段】 本発明の温度補償型発振回路は、水晶
発振回路10の容量の一部を容量値が調節可能なコンデ
ンサ回路4により形成してある。水晶振動子XTの等価
容量を補正するためのコンデンサ回路4の容量値は、各
温度ごとに最適な値にROM回路3に書き込まれた情報
に基づき調節される。ROM回路3には、コンデンサ回
路4の容量値を各温度ごとに最適にするためのコンデン
サ回路4のスイッチ素子の選択の仕方が情報として書き
込まれる。このことにより、温度の変化に対する水晶発
振回路10の発振周波数の変化を小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、温度変化に対して
発振周波数の変化を小さくできる温度補償型発振回路に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は従来の温度補償型発振回路の回路
図である。温度センサ1、三次関数発生回路20、コル
ピッツ型の水晶発振回路10から構成されており、可変
容量ダイオードVCが水晶発振回路10の一部を形成し
ている。水晶発振回路10は、NPN形のトランジスタ
Q10、そのコレクタとエミッタ間に接続されたコンデ
ンサC10、コレクタとベース間に接続された水晶振動
子XT、ベースとエミッタ間に接続されたコンデンサC
11から形成され、エミッタは定電流源S10を経て接
地されている。トランジスタQ10のベースは、コンデ
ンサC12を経てアノードを接地された可変容量ダイオ
ードVCのカソードに接続する。三次関数発生回路20
は、温度センサ1の信号に応じて温度の変化に対して三
次曲線により変化する電圧を可変容量ダイオードVCの
カソードに加える。これは、水晶振動子XT単独の振動
周波数が温度の変化に対して三次曲線によって変化する
ので、発振回路10の発振周波数にこの影響が及ばない
ようにするために行われる。
【0003】つまり、可変容量ダイオードVCの容量を
三次曲線により変化させて水晶振動子XTの等価容量を
補正することにより、三次曲線で変化する水晶振動子X
Tの振動周波数の影響が発振回路10の発振周波数に及
ばないようにしてある。このような従来の温度補償型の
発振回路は、一般に温度センサ1と発振回路10を同じ
集積回路に形成してあるが、三次関数発生回路20と可
変容量ダイオードVCは別の集積回路に形成してあり外
部回路で互いに接続される。可変容量ダイオードVCに
は超階段接合を形成することにより、容量の広い可変範
囲を得ることができるが、トランジスタ等と超階段接合
を有する可変容量ダイオードVCを同じ集積回路に形成
することは難しい。また、三次関数発生回路20は構成
が複雑であるので、別の集積回路として形成される。し
たがって、従来の温度補償型発振回路は、形状の小型化
および低価格化のいずれの点においても限界があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、三次
関数発生回路と可変容量ダイオードを用いることなく構
成でき、1チップICとして一つの集積回路に形成でき
る温度補償型発振回路を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の温度補償型発振
回路は、温度センサ、ADコンバータ、ROM回路、ス
イッチ素子により複数のコンデンサを選択して接続する
ことにより容量を調節可能にしたコンデンサ回路、およ
び該コンデンサ回路の容量により一部を構成された水晶
発振回路を有し、温度センサの信号はADコンバータに
よりデジタル変換されてROM回路に加えられ、ROM
回路は該デジタル信号に応じて予め書き込まれた情報に
基づき該スイッチ素子を選択してコンデンサ回路の容量
を調節し、水晶発振回路の容量が温度に応じて変化する
ことを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の温度補償型発振回路は、
水晶発振回路の容量の一部を容量値が調節可能なコンデ
ンサ回路により形成してある。水晶振動子の等価容量を
補正するためのコンデンサ回路の容量値は、各温度ごと
に最適な値にROM回路に書き込まれた情報に基づき調
節される。ROM回路には、コンデンサ回路の容量値を
各温度ごとに最適にするためのコンデンサ回路のスイッ
チ素子の選択の仕方が情報として書き込まれている。こ
のことにより、温度の変化に対する水晶発振回路の発振
周波数の変化を小さくできる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の温度補償型発振回路の実施例
を示す回路図である図1を参照しながら説明する。な
お、図6と同一部分は同じ符号を付与してある。図1の
温度補償型発振回路は、温度センサ1、ADコンバータ
(ADC)2、ROM回路3、コンデンサ回路5、水晶発振
回路10から構成される。水晶発振回路10は、図6の
コンデンサC11の部分がコンデンサ回路5で形成され
ていることを除いて図6と同じように構成されている。
つまり、水晶発振回路10は回路の一部が容量値を可変
可能なコンデンサ回路5により形成されている。なお、
水晶発振回路10のバイアス回路は図示を省略してあ
る。温度センサ1は温度変化に対してほぼ直線的に変化
する電圧を発生するものであり、ダイオードの温度特性
を利用したり、バンドギャップ回路を利用した公知のも
のを用いればよい。
【0008】ADコンバータ2の回路図は図2に示して
ある。このADコンバータ2は、一例として温度センサ
1からの100℃の温度範囲の信号を5℃の等間隔のデ
ジタル信号に変換するように設定されている。A1から
A20までのコンパレータが並列接続してあり、温度セ
ンサ1の信号が片側の入力として共通に加えられる。他
方の入力は、基準電圧VRFを直列接続した抵抗により電
圧降下した電圧が順次加えられる。この電圧は、図2で
はコンパレータA20が最も低く、コンパレータA1が
最も高い。したがって、コンパレータA20は温度セン
サ1からの最も低い温度を示す信号で出力を生じ、また
コンパレータA1は最も高い温度を示す信号で出力を生
ずる。これらの出力は、判定回路11に加えられる。
【0009】判定回路11は、オンして出力を生じてい
るコンパレータとオフして出力を生じないコンパレータ
の境界のコンパレータの出力を検出する役割をする。し
たがって、同時に加えられるコンパレータの複数の出力
から最も高い温度を示す信号を選んで出力を生ずる。例
えば、コンパレータA2が出力を生ずる時は、コンパレ
ータA2からコンパレータA20はいずれも出力を生ず
るので、いわばしきい値となるコンパレータA2の出力
が選ばれて判定回路11の出力となる。X1からX20
までは判定回路11の出力端子であり、例えばコンパレ
ータA1の出力が選ばれた時は出力端子X1、コンパレ
ータA2の出力が選ばれた時は出力端子X2というよう
に判定回路11の出力は別の出力端子に生じ、出力端子
X1からX20までには5℃づつ変化した温度センサ1
の信号に対応するデジタル信号の出力が得られる。な
お、X1からX20までの出力端子はADコンバータ2
の出力端子を兼ねている。各コンパレータは差動対を形
成する一対のトランジスタ、温度センサ1の信号が加え
られる片側のトランジスタの能動負荷として接続され、
電源電圧VCCが加えられるカレントミラー回路、定電流
源とから形成されているが、コンパレータA1、A2を
除いて四角形の箱として表してある。
【0010】ROM回路3の回路図は図3に示してあ
る。ROM回路3は、ADコンバータ2の20のデジタ
ル信号の出力に対応して20のアドレスを有するマスク
ロムにより形成され、各アドレスは4ビットの情報が書
き込まれている。例えば、ADコンバータ2の出力端子
X1の接続するアドレスには、「1111」の情報が書
き込まれており、出力端子X1の出力が加えられた場合
にはその情報が読み出される。また、出力端子X2の接
続するアドレスには、「0111」の情報が書き込まれ
ており、出力端子X2の出力が加えられた場合にその情
報が読み出される。なお、各アドレスは最大で4個のP
NP形のトランジスタに電流を流せるようにした電流ミ
ラー回路により形成されており、B、D、E、Fと表示
した各ビットのトランジスタは夫々定電流源B1、D
1、E1、F1に接続する。そして、ROM回路3の4
個の出力端子B2、D2、E2、F2には、16通りの
出力が得られる。例えば、出力端子X1の出力によりア
ドレスが選ばれた場合、出力端子B2、D2、E2、F
2の全てに出力が生じ、また出力端子X2の出力により
アドレスが選ばれた場合、出力端子D2、E2、F2に
出力が生ずる。なお、一つのアドレスは4ビットの情報
を記録し、16通りの情報を記録できるが、20のアド
レスがあるので同じ情報を記録しているアドレスもあ
る。全てのアドレスの情報を異ならせる必要がある場合
には、ビット数を増せばよいことはいうまでもない。
【0011】コンデンサ回路4の回路図は、図4に示し
てある。このコンデンサ回路4は、コンデンサとスイッ
チ素子の役割をするNPN形トランジスタの直列回路が
4個並列接続したラダー回路により形成されている。コ
ンデンサC1とトランジスタQ1、コンデンサC2とト
ランジスタQ2、コンデンサC3とトランジスタQ3、
コンデンサC4とトランジスタQ4が夫々に直列接続
し、トランジスタQ1、Q2、Q3、Q4のベースには
ROM回路3の出力端子B2、D2、E2、F2が接続
する。端子5と端子6は、並列接続された直列回路の両
端に接続する端子である。各トランジスタのベースとエ
ミッタ間には、バイアス用の抵抗が接続する。このよう
なコンデンサ回路4では、ROM回路3の出力によりト
ランジスタをオンすることによりそのトランジスタに直
列接続するコンデンサ同志を並列接続することができ、
端子5と端子6間には所望の容量値を得ることができ
る。
【0012】例えば、ROM回路3において、ADコン
バータ2の出力端子X1の接続するアドレスが選ばれた
場合、出力端子B2、D2、E2、F2の全てに出力が
生ずるので、トランジスタQ1、Q2、Q3、Q4はオ
ンして4個のコンデンサC1、C2、C3、C4が並列
接続され、容量値は最大になる。出力端子X3の接続す
るアドレスが選ばれた場合、出力端子E2、F2に出力
が生ずるので、トランジスタQ3、Q4がオンして2個
のコンデンサC3、C4が並列接続される。コンデンサ
C1、C2、C3、C4の容量値を夫々1PF 、2PF 、3P
F 、4PF とすれば、0 から15PFまでの容量値を1PF のス
テップで可変することができ、2PF 、4PF 、8PF 、16PF
とすれば0 から30PFまでを2PF のステップで可変するこ
とができる。
【0013】本発明の温度補償型発振回路はこのような
一般的な回路から構成され、動作も明らかである。三次
関数発生回路のような複雑な回路や可変容量ダイオード
を使用することなく構成される。したがって、水晶振動
子を除く部分を一つの集積回路として形成してあり、外
部回路により集積回路間を接続する必要がない。なお、
ADコンバータ2、ROM回路3、コンデンサ回路4は
一例を示したにすぎない。ごく一般的に使用されるこれ
らの回路は、種々の回路構成のものが存在し、本発明の
範囲内で変更することができる。ADコンバータ2は温
度センサ1の信号を等間隔でデジタル信号に変換した
が、必要に応じて間隔を変化することもできる。コンデ
ンサ回路4は、複数のコンデンサをスイッチ素子により
接続自在にしてあればよく、特に図4の回路に限定する
必要はない。また、ROM回路への書込みは、水晶発振
回路10における温度ごとの補正に必要な容量値を予め
調べ、ADコンバータ2からの温度に対応するデジタル
信号が加えられるアドレスごとにその容量値を得るため
の情報、つまりコンデンサ回路4のスイッチ素子の選択
の仕方の情報を書き込めばよい。これらは、いわゆるエ
ミュレーションチップ等を用いて容易に可能である。水
晶発振回路は、回路の容量を調節するのでその調節が行
い易いコルピッツ型が望ましいが他の発振回路でもよ
い。
【0014】図5は本発明の温度補償型発振回路の特性
図であり、横軸は温度、縦軸は設定された発振周波数か
らのずれをΔfとして表してある。実施例では5℃の等
間隔で水晶発振回路10の容量値を補正するので、温度
変化に対する発振周波数のずれの変化は極めて小さい。
三次曲線は、コンデンサ回路4を固定コンデンサに置き
換えた場合の特性であり、比較のために示してある。
【0015】
【発明の効果】以上述べたように本発明の温度補償型発
振回路は、水晶発振回路の容量の一部をコンデンサ回路
の容量により形成してあり、水晶振動子の等価容量を補
正するためのコンデンサ回路の容量値は、各温度ごとに
最適な値にROM回路の情報により調節される。これに
より、水晶発振回路の発振周波数の温度による変化を小
さくできる。複雑な回路構成の三次関数発生回路や可変
容量ダイオードを用いることなく構成できるので、同じ
集積回路として共通の回路基板に1チップICとして形
成できる。本発明は、温度補償型発振回路の形状の小型
化と低価格化へ大きく寄与することができる実用的な発
明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の温度補償型発振回路の実施例を示す
回路図である。
【図2】 図1のADコンバータの回路図である。
【図3】 図1のROM回路の回路図である。
【図4】 図1のコンデンサ回路の回路図である。
【図5】 本発明の温度補償型発振回路の特性図であ
る。
【図6】 従来の温度補償型発振回路の回路図である。
【符号の説明】
1 温度センサ 2 ADコンバータ 3 ROM回路 4 コンデンサ回路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 温度センサ、ADコンバータ、ROM回
    路、スイッチ素子により複数のコンデンサを選択して接
    続することにより容量を調節可能にしたコンデンサ回
    路、および該コンデンサ回路の容量により一部を構成さ
    れた水晶発振回路を有し、温度センサの信号はADコン
    バータによりデジタル変換されてROM回路に加えら
    れ、ROM回路は該デジタル信号に応じて予め書き込ま
    れた情報に基づき該スイッチ素子を選択してコンデンサ
    回路の容量を調節し、水晶発振回路の容量が温度に応じ
    て変化することを特徴とする温度補償型発振回路。
  2. 【請求項2】 温度センサ、ADコンバータ、ROM回
    路、スイッチ素子により複数のコンデンサを選択して接
    続することにより容量を調節可能なコンデンサ回路、お
    よび該コンデンサ回路の容量により一部を構成された水
    晶発振回路を有し、温度センサの信号はADコンバータ
    により設定された温度間隔でデジタル変換されてROM
    回路に加えられ、ROM回路は該デジタル信号に応じて
    予め書き込まれた情報に基づき該スイッチ素子を選択す
    ることにより温度ごとにコンデンサ回路の容量を調節
    し、水晶発振回路の容量が温度に応じて変化することを
    特徴とする温度補償型発振回路。
  3. 【請求項3】 温度センサ、ADコンバータ、ROM回
    路、スイッチ素子により複数のコンデンサを選択して接
    続することにより容量を調節可能なコンデンサ回路、お
    よび該コンデンサ回路の容量により一部を構成された水
    晶発振回路を有し、温度センサの信号はADコンバータ
    により設定された温度間隔でデジタル変換され、該デジ
    タル信号は温度ごとにROM回路の別のアドレスに加え
    られ、ROM回路は該デジタル信号に応じて予め書き込
    まれたアドレスの情報に基づき該スイッチ素子を選択す
    ることにより温度ごとにコンデンサ回路の容量を調節
    し、水晶発振回路の容量が温度に応じて変化することを
    特徴とする温度補償型発振回路。
  4. 【請求項4】 コンデンサ回路は、スイッチ素子により
    複数のコンデンサを選択して並列接続することにより容
    量を調節可能にしたラダー回路である請求項1、請求項
    2、請求項3のいずれかの温度補償型発振回路。
  5. 【請求項5】 水晶発振回路は、コルピッツ型である請
    求項1、請求項2、請求項3のいずれかの温度補償型発
    振回路。
  6. 【請求項6】 温度センサ、ADコンバータ、ROM回
    路、コンデンサ回路、および水晶発振回路は一つの集積
    回路として形成されている請求項1、請求項2、請求項
    3、請求項4のいずれかの温度補償型発振回路。
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