JP2001267847A - 温度補償型水晶発振器及び水晶発振器の温度補償方法 - Google Patents

温度補償型水晶発振器及び水晶発振器の温度補償方法

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JP2001267847A JP2000076114A JP2000076114A JP2001267847A JP 2001267847 A JP2001267847 A JP 2001267847A JP 2000076114 A JP2000076114 A JP 2000076114A JP 2000076114 A JP2000076114 A JP 2000076114A JP 2001267847 A JP2001267847 A JP 2001267847A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路規模の小型化により制作費用の低減化が
図れる上に、高精度の温度補償が実現できる温度補償型
水晶発振器の提供。 【解決手段】 この温度補償型水晶発振器は、温度セン
サ１１と、アナログ式温度補償部１２と、ディジタル式
温度補償部１３と、加算回路１４と、電圧制御水晶発振
回路３とを備えている。そして、温度センサ１１の検出
温度に対応する入力電圧に基づき、アナログ式温度補償
部１２とディジタル式温度補償部１３とが温度補償電圧
をそれぞれ生成し、この両温度補償電圧を加算回路１４
で加算し、その加算電圧を電圧制御水晶発振回路３の電
圧制御端子に印加することにより、電圧制御水晶発振回
路３の発振周波数の安定化を図り、その結果、水晶振動
子４の温度補償を行うようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水晶振動子を使用
して所定の周波数の信号を発振させるとともに、温度補
償ができるようにした温度補償型水晶発振器の改良に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、水晶発振器の温度補償方法として
は、以下に示す４つの方法が知られている。 （１）直接型 これは、発振ループ内に、コンデンサや抵抗からなる温
度補償回路を設け、発振時には、温度変化に対してその
温度補償回路のコンデンサや抵抗の各値が変化し、これ
により発振周波数の安定化を図るようにしたものであ
る。 （２）間接型アナログ方式 これは、温度補償の対象となる発振器は、図７に示すよ
うに、電圧制御水晶発振回路（ＶＣＸＯ）３である。そ
して、温度補償は、水晶発振器の使用温度を温度センサ
１で検出し、この検出温度に基づいて水晶振動子４の温
度特性を補償する温度補償電圧を温度補償電圧発生回路
２で発生させ、その温度補償電圧を電圧制御水晶発振回
路３の電圧制御端子に供給することにより行う。
【０００３】水晶振動子４がＡＴカットの場合には、温
度特性が３次関数で精度良く近似されるので、温度補償
回路は、温度特性が１次関数で表される温度センサと、
その温度センサの検出温度により３次関数を発生する３
次関数発生回路とから構成されるのが一般的である。 （３）間接型ディジタル方式 これは、その温度補償の基本的な考え方は上記の間接型
アナログ方式と同様であるが、温度センサ１の検出温度
をディジタル的に処理して温度補償電圧を生成する点が
異なる。
【０００４】すなわち、この温度補償は、図８に示すよ
うに、温度センサ１の検出温度をＡ／Ｄコンバータ５で
ディジタル値にＡ／Ｄ変換し、その変換したディジタル
値に対応する不揮発性メモリ６のアドレスに予め記憶さ
れている、水晶振動子４の温度特性を補償するための温
度補償データを読み出し、この読み出した温度補償デー
タをＤ／Ａコンバータ７でアナログ形態の温度補償電圧
にＤ／Ａ変換し、その温度補償電圧を電圧制御水晶発振
回路３に供給することにより行う。なお、不揮発性メモ
リ６としては、ＥＥＰ−ＲＯＭなどが使用される。 （４）恒温槽による温度補償 これは、水晶発振器を小型の恒温槽に入れ、環境温度を
一定に保つことにより外気温度の変化による温度依存性
を断ち、発振周波数を一定に保つようにしたものであ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の温度
補償方法（１）〜（４）では、いずれの温度補償方法で
も高精度（温度特性の周波数偏差が０．０１ｐｐｍ程度
以下）な温度補償を低コストで実現することが難しいと
いう課題があった。その課題の具体的な内容は、以下の
通りである。
【０００６】（１）（２）のアナログ方式は、上記の各
方法の中では最も低コストで実現できるが、温度補償の
精度が中程度（１ｐｐｍ以下）のものを量産レベルで実
現するのは難しい。なぜなら、（１）の方式では、温度
補償にかかる各受動素子のばらつきの影響によりその精
度を上げることが難しく、（２）の方式では、温度補償
回路をアナログ回路で実現しているので、その精度を高
めるのが難しいからである。
【０００７】一方、（３）の方法では、Ａ／Ｄコンバー
タやＤ／Ａコンバータの分解能を上げるとともに、不揮
発性メモリの記憶容量を多くすることにより、原理的に
は高い精度の温度補償が実現可能である。しかし、Ａ／
ＤコンバータやＤ／Ａコンバータのビット数が１５ビッ
ト以上必要となる上に、不揮発性メモリの記憶容量もデ
ータの補間などを行わなければ、１５ビット（３２７６
８アドレス）×１５ビット＝約５００ｋビットが必要と
なるので、集積回路化する場合であっても規模の大きな
集積回路になってしまう。
【０００８】さらに、（４）の方法では、小型の高温槽
が必要となり、コスト的には相当に高価なものになって
しまうという課題がある。このような課題に基づき、発
明者が鋭意研究を重ねた結果、温度センサの検出温度に
基づきアナログ的な手法により水晶発振器の温度補償を
行う一方、その温度補償のエラー分については、温度セ
ンサの検出温度に基づきディジタル的な手法により温度
補償を行うようにすれば、回路規模を小型化して制作費
用の低減化が図れる上に、高精度の温度補償が実現でき
るという新たな知見を得た。
【０００９】本発明の目的は、上記の新たな知見に基づ
いてなされたものであり、回路規模の小型化により制作
費用の低減化が図れる上に、高精度の温度補償が可能な
温度補償型水晶発振器および水晶発振器の温度補償方法
を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、本発
明の目的を達成するために、請求項１から請求項５に記
載の各発明は以下のように構成した。すなわち、請求項
１に記載の発明は、水晶振動子を使用して発振させると
ともに、前記水晶振動子の温度補償を行う温度補償信号
により発振周波数を制御できる電圧制御水晶発振回路を
備えた水晶発振器において、前記水晶発振器の使用温度
を検出する温度センサと、この温度センサの検出温度を
アナログ的な手法により処理して前記検出温度に対応す
る所定の温度補償信号を生成し、その温度補償信号を前
記電圧制御水晶発振回路に供給する第１の温度補償手段
と、前記温度センサの検出温度をディジタル的な手法に
より処理して前記検出温度に対応する所定の温度補償信
号を生成し、その温度補償信号を前記電圧制御水晶発振
回路に供給する第２の温度補償手段とを備え、前記両温
度補償手段からの両温度補償信号に基づいて前記電圧制
御水晶発振回路の発振周波数の制御を行うようにしたこ
とを特徴とするものである。
【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の温度補償型水晶発振器において、前記第１の温度補償
手段は、前記温度センサの検出温度に基づき、前記水晶
振動子の温度特性に対応する近似３次関数からなる温度
補償電圧を発生する３次関数発生手段と、この３次関数
発生手段が発生する温度補償電圧の所定の係数を設定す
るデータを予め記憶するメモリとからなり、前記３次関
数発生手段の前記係数は、前記メモリから読み出した前
記データにより設定されるようになっていることを特徴
とするものである。
【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載の温度補償型水晶発振器において、前記
第２の温度補償手段は、前記温度センサの検出温度をＡ
／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータと、このＡ／Ｄコンバー
タのＡ／Ｄ変換値に対応して予め記憶されているディジ
タル形態の温度補償データを発生する不揮発性メモリ
と、この不揮発性メモリからの温度補償データをアナロ
グ形態の温度補償電圧にＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器
と、からなることを特徴とするものである。
【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１、請求
項２または請求項３に記載の温度補償型水晶発振器にお
いて、前記第１の温度補償手段と前記第２の温度補償手
段とは、半導体基板上にワンチップ化したことを特徴と
するものである。このような構成からなる請求項１から
請求項４に記載の各発明では、第１の温度補償手段が、
温度センサの検出温度をアナログ的な手法により処理し
て検出温度に対応する所定の温度補償信号を生成し、そ
の温度補償信号を電圧制御水晶発振回路に供給する。さ
らに、第２の温度補償手段が、温度センサの検出温度を
ディジタル的な手法により処理して検出温度に対応する
所定の温度補償信号を生成し、その温度補償信号を電圧
制御水晶発振回路に供給する。
【００１４】このため、第１の温度補償手段では中程度
以上の精度の温度補償ができ、第２の温度補償手段では
その中程度の温度補償のエラー分についてさらに細かな
温度補償ができるので、全体として高精度の温度補償が
できる。さらに、第１の温度補償手段は温度補償信号を
アナログ的な手法で生成するのでその回路規模を比較的
小さくでき、また、第２の温度補償手段は温度補償信号
をディジタル的な手法で生成するが、取り扱うディジタ
ル信号のビット数を減少できて回路規模を比較的小さく
できるので、全体としてその回路規模を小さくすること
が可能となり、その結果、制作費用の低減化を図ること
ができる。
【００１５】また、請求項４に記載の発明では、第１の
温度補償手段と前記第２の温度補償手段とを、半導体基
板上にワンチップ化したので、上記の効果を容易かつ確
実に実現できる。請求項５に記載の発明は、電圧制御水
晶発振回路に温度補償信号を供給することにより水晶発
振器の温度補償を行う温度補償方法において、前記水晶
発振器の使用温度を検出し、この検出温度に対応する所
定の温度補償信号をアナログ的な手法により生成し、そ
の温度補償信号により前記水晶発振器の温度補償を行う
一方、その温度補償のエラー分については、前記検出温
度に対応する所定の温度補償信号をディジタル的な手法
により生成し、その温度補償信号により前記水晶発振器
の温度補償を行うようにしたことを特徴とするものであ
る。
【００１６】このような請求項５に記載の発明によれ
ば、温度補償型水晶発振器の実現にあたり、全体として
回路規模が小さくなって制作費用の低減化が図れる上
に、高精度の温度補償が実現できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は、本発明の温度補償型
水晶発振器の実施形態の構成例を示すブロック図であ
る。この実施形態にかかる温度補償型水晶発振器は、図
１に示すように、温度センサ１１と、アナログ式温度補
償部１２と、ディジタル式温度補償部１３と、加算回路
１４と、電圧制御水晶発振回路３とを少なくとも備えて
いる。
【００１８】また、この温度補償型水晶発振器は、温度
センサ１１の検出温度に対応する入力電圧に基づき、ア
ナログ式温度補償部１２がアナログ的な手法によりその
検出温度に対応する所定の温度補償電圧Ｖ1 を生成し、
一方、ディジタル式温度補償部１３がディジタル的な手
法によりその検出温度に対応する所定の温度補償電圧Ｖ
2 を生成し、この両温度補償電圧を加算回路１４で加算
し、その加算電圧Ｖ3を電圧制御水晶発振回路３の電圧
制御端子に印加することにより、水晶発振器の温度補償
を行うようになっている。
【００１９】さらに、温度補償型水晶発振器は、図１に
示す温度センサ１１、アナログ式温度補償部１２、ディ
ジタル式温度補償部１３、加算回路１４、および電圧制
御水晶発振回路３のうち、少なくともアナログ式温度補
償部１２、ディジタル式温度補償部１３、および加算回
路１４は、半導体基板上にワンチップ化されて構成さ
れ、これにより回路の小型化、低廉化を図るようにして
いる。
【００２０】次に、この実施形態にかかる温度補償型水
晶発振器の各部の構成例について、詳述する。温度セン
サ１１は、電圧制御水晶発振回路３の使用温度（使用雰
囲気温度）を検出するものであり、その検出温度に対応
する出力アナログ電圧は温度変化に対して１次関数的に
変化するものである。温度センサ１１の出力アナログ電
圧は、アナログ式温度補償部１２とディジタル式温度補
償部１３にそれぞれ入力電圧Ｖ INとして入力されるよう
になっている。
【００２１】アナログ式温度補償部１２は、本出願人が
先に提案した国際公開公報（国際公開番号ＷＯ９８／５
６１０５号）に記載の近似３次関数発生装置を用いるこ
とができるので、その概要について図１および図２を参
照して以下に説明する。アナログ式温度補償部１２は、
図１に示すように、後述の（２）式の温度補償電圧Ｖ1
を発生するものであり、入力電圧ＶINに対して可変電圧
Ｖ0 ′を加算する加算器２１と、この加算器２１の加算
出力ＶS が入力され、これに基づいて後述の（２）式の
第１項の３次成分及び定数成分を発生する３次成分兼定
数成分発生部２２と、後述の（２）式の第２項の１次成
分のみを発生する１次成分発生部２３と、３次成分兼定
数成分発生部２２と１次成分発生部２３の出力信号を加
算する加算回路２４とを備えている。
【００２２】また、アナログ式温度補償部１２は、図１
に示すように不揮発性メモリ２８を備え、この不揮発性
メモリ２８に後述のように予め記憶されている各係数設
定データにより、上記の可変電圧Ｖ0 ′、オフセット電
圧ＶOFF 、１次成分発生部２３の可変抵抗、および可変
抵抗２２６ａの各調整値を自動的（電子的）に設定でき
るようになっている。
【００２３】３次成分兼定数成分発生部２２は、図２に
示すように、加算器２１の加算出力ＶS と参照定電圧Ｖ
REFH、ＶREFM、ＶREFLに基づいて３次成分のみを発生す
る３次成分発生回路２２１と、その３次成分発生回路２
２１からの正転出力信号ＰOU T および反転出力信号Ｎ
OUT がそれぞれ入力されるバッファ回路２２３、２２４
と、バッファ回路２２３、２２４の各出力を差動増幅す
る差動増幅回路２２５と、この差動増幅回路２２５の出
力が入力される可変利得増幅回路２２６と、任意のオフ
セット電圧ＶOFF を発生する定電圧発生回路２２７とか
ら構成される。
【００２４】その可変利得増幅器２２６は、オペアンプ
２２６ｂと、そのオペアンプ２２６ｂの出力端子とその
−入力端子との間に接続される電子ボリュームからなる
可変抵抗２２６ａとから構成される。そして、可変抵抗
２２６ａは不揮発性メモリ２８からのデータに基づいて
その抵抗値が調整され、これにより可変利得増幅器２２
の利得が可変できるようになっている。
【００２５】一方、ディジタル式温度補償部１３は、図
１に示すように、温度センサ１１の検出温度に応じたア
ナログ入力電圧ＶINをディジタル値にＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄコンバータ２５と、そのＡ／Ｄコンバータ２５のデ
ィジタル出力値に対応する水晶振動子４の温度補償デー
タを予め記憶する不揮発性メモリ２６と、その不揮発性
メモリ２６からのディジタル形態の温度補償データをア
ナログ形態の温度補償電圧にＤ／Ａ変換するＤ／Ａコン
バータ２７とから構成されている。
【００２６】不揮発性メモリ２６は、ＥＥＰ−ＲＯＭな
どから構成され、Ａ／Ｄコンバータ２５のディジタル出
力値とそのアドレスが対応されている。例えば、そのデ
ィジタル出力値がｎビットならば、不揮発性メモリ２６
のアドレスもｎビット用意され、そのディジタル出力値
に等しいアドレスに、後述のようにして求めた所定の温
度補償データが予め格納されている。
【００２７】加算回路１４は、アナログ式温度補償部１
２の加算回路２４から出力される温度補償電圧と、ディ
ジタル式温度補償部１３のＤ／Ａコンバータ２７から出
力される温度補償電圧とを加算し、その加算された温度
補償電圧を電圧制御水晶発振回路３の電圧制御端子に供
給するように構成されている。次に、このように構成さ
れる実施形態にかかる温度補償型水晶発振器の動作例に
ついて説明する。
【００２８】まず、動作の説明に先立って、電圧制御水
晶発振回路３に含まれる水晶振動子４の温度特性につい
て説明する。水晶振動子４は、一般に、横軸に温度
（℃）、縦軸に周波数偏差（ｐｐｍ）をとると、その周
波数偏差は、例えば図３に示すような曲線になる。この
周波数偏差Ｙは、次の（１）式で近似できる。 Ｙ＝α×（ｔ−ｔ0 ）3 ＋β×（ｔ−ｔ0 ）＋γ ………（１） ここで、（１）式中において、αは３次の係数、βは温
度特性の傾き、γは周波数オフセット、ｔは雰囲気温
度、ｔ0 はその曲線の中心となる温度（通常２５℃から
３０℃の範囲）である。
【００２９】この（１）式中のα、β、γは、それぞれ
水晶振動子４及び電圧制御水晶発振回路３の特性に依存
し、特に水晶振動子４に大きく依存しており、水晶振動
子４の形状、大きさ等の影響を受ける。また、現在広く
使用されている電圧制御水晶発振回路３の電圧−周波数
特性は１次関数で近似できるので、水晶振動子４の温度
に対する周波数特性は、温度に対する電圧特性で対応で
きる。
【００３０】そこで、この実施形態では、水晶振動子４
の温度補償を、アナログ式温度補償部１２で生成する温
度補償電圧Ｖ1 とディジタル式温度補償部１３で生成す
る温度補償電圧Ｖ2 とに基づいて行うことにした。次
に、その動作を説明すると、アナログ式温度補償部１２
では、温度センサ１１の検出温度に対応する入力電圧Ｖ
INが加算器２１に入力されると、加算器２１はその入力
電圧ＶINと可変電圧Ｖ′とを加算し、その加算電圧ＶS
を出力する。３次成分兼定数成分発生部２２は、その加
算電圧ＶS に基づき３次成分と定数成分からなる出力電
圧ＶAOUTを発生する。
【００３１】また、１次成分発生部２２は、その加算電
圧ＶS に基づき１次成分にかかる出力電圧ＶBOUTを発生
する。加算回路２４は、３次成分兼定数成分発生部２２
からの出力電圧ＶAOUTと、１次成分発生部２２からの出
力電圧ＶBOUTとを加算することにより、次の（２）式で
示すような温度補償電圧Ｖ1 を出力する。 Ｖ1 ＝ｂ3 ′（ＶIN−Ｖ0)3 ＋ｂ1 ′（ＶIN−Ｖ0 ）＋ｂ0 ′…（２） ここで、（２）式において、Ｖ0 は参照基準電圧ＶREFM
と可変電圧Ｖ0 ′の差であり、可変電圧Ｖ0 ′を調整す
ることにより、任意に設定できる。また、３次成分の係
数ｂ3 ′は、３次成分発生回路２２１の利得（ゲイン）
及び可変利得増幅器２２６の利得を調整することにより
調整可能である。さらに、１次成分の係数ｂ1 ′は、１
次成分発生部２３を構成する可変抵抗（図示せず）の抵
抗値の調整及び正転増幅器（図示せず）の利得の調整に
よって、調整可能である。また、定数ｂ0 ′について
は、定電圧発生回路２２７で設定するオフセット電圧Ｖ
0FFによって調整できる。
【００３２】これらの係数や定数の設定は独立に調整す
ることができるので、アナログ式温度補償部１２の温度
補償電圧Ｖ1 は、図４に示すような任意の３次関数を発
生させることができる。そして、これらの係数や定数の
設定は、不揮発性メモリ２８に後述のように求めて予め
記憶されている各係数設定データを動作時に読み出し、
この各データにより上記の可変抵抗などの抵抗値を電子
的に調整することにより行う。
【００３３】ここで、アナログ式温度補償部１２のみに
より水晶振動子４の温度補償を行った一例を図５および
図６に示す。この例によれば、使用温度範囲が−３０℃
〜８５℃の範囲で温度補償を行った場合であり、アナロ
グ式温度補償部１２の温度補償を行う前には、その周波
数偏差が±８ｐｐｍ程度であったが、温度補償後には周
波数偏差を±１ｐｐｍ以下程度まで低減できることがわ
かる。
【００３４】一方、ディジタル式温度補償部１３では、
温度センサ１１の検出温度に対応するアナログ形態の入
力電圧ＶINがＡ／Ｄコンバータ２５に入力されると、Ａ
／Ｄコンバータ２５は、その入力電圧ＶINをディジタル
電圧にＡ／Ｄ変換する。このディジタル電圧は、不揮発
性メモリ２６のアドレスに対応し、このアドレスに水晶
振動子４の温度補償に必要な補正データが格納されてい
るので、不揮発性メモリ２６からはその補償データが読
み出される。そのディジタル形態の補償データは、Ｄ／
Ａコンバータ２７によりアナログ形態の温度補償電圧に
Ｄ／Ａ変換される。
【００３５】このようにして得られたアナログ式温度補
償部１２からの温度補償電圧Ｖ1 と、ディジタル式温度
補償部１３からの温度補償電圧Ｖ2 とが加算回路１４に
入力されると、加算回路１４はそれらを加算し、その加
算電圧Ｖ3 が電圧制御水晶発振回路３の電圧制御端子に
印加される。このため、電圧制御水晶発振回路３は、そ
の使用温度範囲において、所定の周波数で安定に発振で
きる。
【００３６】ところで、この実施形態では、アナログ式
温度補償部１２が動作時に所望の温度補償動作ができる
ように各部の利得などを設定するために不揮発性メモリ
２８に後述の各係数設定データを格納する必要がある上
に、ディジタル式温度補償部１３が動作時に所望の動作
ができるように不揮発性メモリ２６に予め温度補償デー
タを格納する必要がある。そして、これらの作業は、制
作時に、恒温槽に収納して行うので、以下にこれについ
て説明する。
【００３７】まず、アナログ式温度補償部１２の調整
は、ディジタル式温度補償部１３を停止状態にするとと
もに、アナログ式温度補償部１２を加算回路１４から切
り離した状態で行う。すなわち、恒温槽の温度を温度補
償を行いたい例えば最低温度に設定し、この最低温度の
状態で加算回路１４にディジタル式温度補償部１３から
の出力電圧に代えて外部入力電圧ＶCin を入力し、この
入力電圧ＶCin の電圧値を変化させ、所定の発振周波数
になる入力電圧ＶCin1を測定するとともに、その時のア
ナログ式温度補償部１２の出力電圧ＶCout1 を測定す
る。なお、この測定時には、Ｄ／Ａコンバータ２７から
所定の電圧が加算回路２７に入力される。
【００３８】以上の測定処理を恒温槽の設定温度を順次
異なる温度に上げながら使用最高温度まで繰り返し、各
設定温度での加算回路１４の入力電圧ＶCin1〜ＶCinNを
測定するとともに、アナログ式温度補償部１２の出力電
圧ＶCout1 〜ＶCoutN を測定する。次いで、その測定し
た各入力電圧ＶCin1〜ＶCinNおよび各出力電圧ＶCoutN
〜ＶCinNを温度の関数として、下記の（３）式および
（４）式で近似する。
【００３９】 ＶCin (T) ＝α3(Ｔ−Ｔ0)3 ＋α1(Ｔ−Ｔ0)＋α0 …（３） ＶCout(T) ＝β3(Ｔ−Ｔ0 ′)3＋β1(Ｔ−Ｔ0 ′）＋β0 …（４） ここで、（３）式中の係数α3 ，α1 および定数α0 は
前述した（１）式におけるα，βおよびγに対応するも
ので、水晶振動子に依存する値である。そして、アナロ
グ式温度補償部１２でβ3 ＝α3 ，β1 ＝α1 ，β0 ＝
α0 ，Ｔ0 ′＝Ｔ0 となるように調整することが必要に
なる。すなわち、アナログ式温度補償部１２の具体的調
整は、前記（４）式における３次関数曲線の中心温度Ｔ
0 ′は、図１における加算器２１に印加される可変電圧
Ｖ0 ′によって調整し、定数係数β0 は図２における定
電圧発生回路２２７から出力されるオフセット電圧Ｖ
OFF によって調整し、１次係数β1 は図１に示す１次成
分発生部２３の可変抵抗（図示せず）によって調整し、
さらに３次係数β3 は３次成分兼定数成分発生部２２に
おける図２に示す可変利得増幅器２２６の可変抵抗２２
６ａによって調整する。
【００４０】ここで、アナログ式温度補償部１２では、
不揮発性メモリ２８に予め記憶されている各係数設定デ
ータにより、上記の可変電圧Ｖ0 ′、オフセット電圧Ｖ
OFF、１次成分発生部２３の可変抵抗、および可変抵抗
２２６ａの各調整値の設定が電子的に行われるようにな
っている。そこで、その各係数設定データに相当するデ
ータを外部からアナログ式温度補償部１２に入力すると
ともにそのデータ値を可変させ、上記のβ3 ＝α3 ，β
1＝α1 ，β0 ＝α0 ，Ｔ0 ′＝Ｔ0 を満たすような各
調整値を求め、この求めた各調整値に対応する各係数設
定データを求める。そして、この求めた各係数設定デー
タを、アナログ式温度補償部１２の不揮発性メモリ２８
に予め記憶させておく。
【００４１】次に、ディジタル式温度補償部１３の不揮
発性メモリ２６に温度センサ１１の検出温度に応じた温
度補償データを格納する作業について説明する。この場
合には、恒温槽の設定温度を例えば最低温度に設定し、
このときの温度センサ１１の検出温度に応じたＡ／Ｄコ
ンバータ２５の出力コード（出力データ）を測定する。
これと同時に、Ｄ／Ａコンバータ２７の入力コード（入
力データ）を外部から変化させ、所定の周波数に対して
エラーが最小となる入力コードを測定する。
【００４２】以上の測定処理を恒温槽の設定温度を順次
異なる温度に上げながら使用最高温度まで繰り返し、各
設定温度でのＡ／Ｄコンバータ２５の各出力コードと、
各設定温度でのＤ／Ａコンバータ２７の各入力コードと
をそれぞれ測定する。そして、その測定した各出力コー
ドを不揮発性メモリ２６のアドレスとし、この各アドレ
スの内容として、その各出力コード（検出温度）に対応
する各入力コード（温度補償データ）を書き込む。
【００４３】以上説明したように、この実施形態にかか
る温度補償型水晶発振器によれば、アナログ式温度補償
部１２が、温度センサ１１の検出温度をアナログ的な手
法により処理してその検出温度に対応する所定の温度補
償電圧を生成し、他方ディジタル式温度補償部１３が、
温度センサ１１の検出温度をディジタル的な手法により
処理してその検出温度に対応する所定の温度補償電圧を
生成し、これら両温度補償電圧を電圧制御水晶発振回路
３の電圧制御端子に供給するようにした。
【００４４】このため、アナログ式温度補償部１２の生
成する温度補償電圧Ｖ1 で比較的精度の荒い温度補償が
でき、ディジタル式温度補償部１３の生成する温度補償
電圧Ｖ2 でその温度補償のエラー分についてさらに細か
な温度補償ができるので、全体として高精度の温度補償
ができる。さらに、アナログ式温度補償部１２は、温度
センサ１１の検出温度をアナログ的に処理するのでその
回路規模を比較的小さくでき、また、ディジタル式温度
補償部１３は、温度センサ１１の検出温度をディジタル
的に処理するがその扱うディジタル信号のビット数を減
少できて回路規模を比較的小さくできるので、全体とし
てその回路規模を小さくすることが可能となり、その結
果、制作費用の低減化を図ることができる。
【００４５】ところで、図１におけるＡ／Ｄコンバータ
２５のビット数は、補償すべき周波数の温度特性の微係
数（Δｆ／Δ℃）の最大値により決定されるが、水晶振
動子の周波数偏差（温度特性）は約１ｐｐｍ／℃程度で
あるが、アナログ式温度補償部１２により温度補償した
後のエラー分の周波数偏差は０．１ｐｐｍ程度まで小さ
くすることができる。
【００４６】また、ディジタル式温度補償部１３のＤ／
Ａコンバータ２７の出力が温度補償すべき周波数偏差
は、アナログ式温度補償部１２がない場合には±１５ｐ
ｐｍ程度であるが、この実施形態のようにアナログ式温
度補償部１２がある場合には±２ｐｐｍ程度となる。従
って、図 に示すようにディジタル方式のみにより水晶
振動子の温度補償を行った場合と比較すると、従来と同
程度の精度を実現するために必要なＡ／Ｄコンバータ２
５と、Ｄ／Ａコンバータ２７の各ビット数を減少でき
る。すなわち、Ａ／Ｄコンバータ２５では従来よりも約
３ビット減少して１／１０に減少でき、Ｄ／Ａコンバー
タ２７では従来よりも約３ビット減少して２／１５に減
少できる。このように、Ａ／Ｄコンバータのビット数が
３ビット減少できるということは、不揮発性メモリ６の
容量を従来に比べて１／８に減少できる。
【００４７】なお、この実施形態では、水晶振動子の温
度特性が３次曲線の場合について説明したが、その温度
特性が２次曲線になる場合にも本発明は適用可能であ
る。この場合には、アナログ式温度補償部１２は、その
２次曲線に対応する温度補償電圧を発生することにな
る。
【００４８】
【発明の効果】以上述べたように、請求項１から請求項
４にかかる各発明では、第１の温度補償手段では中程度
以上の精度の温度補償ができ、第２の温度補償手段では
その中程度の温度補償のエラー分についてさらに温度補
償ができるので、全体として高精度の温度補償ができ
る。
【００４９】また、請求項１から請求項４にかかる各発
明では、第１の温度補償手段が温度補償信号をアナログ
的な手法で生成するのでその回路規模を比較的小さくで
き、また、第２の温度補償手段が温度補償信号をディジ
タル的な手法で生成するが、取り扱うディジタル信号の
ビット数を減少できて回路規模を比較的小さくできるの
で、全体としてその回路規模を小さくすることが可能と
なり、その結果、制作費用の低減化を図ることができ
る。
【００５０】さらに、請求項４にかかる発明では、第１
の温度補償手段と第２の温度補償手段とを、半導体基板
上にワンチップ化したので、上記の効果を容易かつ確実
に実現できる。また、請求項５にかかる発明では、温度
補償型水晶発振器の実現にあたり、全体として回路規模
が小さくなって制作費用の低減化が図れる上に、高精度
の温度補償が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成例を示すブロック図で
ある。
【図２】図１の３次成分兼定数成分発生部の構成例を示
すブロック図である。
【図３】水晶振動子の温度特性の一例を示す図である。
【図４】アナログ式温度補償部の出力電圧（温度補償電
圧）の一例を示す図である。
【図５】アナログ式温度補償部のみによる温度補償例を
示し、各温度とそれに対応する周波数偏差の測定例であ
る。
【図６】その測定結果をグラフにした図である。
【図７】従来の温度補償型水晶発振器を示すブロック図
である。
【図８】従来の他の温度補償型水晶発振器を示すブロッ
ク図である。
【符号の説明】
３ 電圧制御水晶発振回路 ４ 水晶振動子 １１ 温度センサ １２ アナログ式温度補償部 １３ ディジタル式温度補償部 １４ 加算回路 ２１ 加算器 ２２ ３次成分兼定数成分発生部 ２３ １次成分発生部 ２４ 加算回路 ２５ Ａ／Ｄコンバータ ２６ 不揮発性メモリ ２７ Ｄ／Ａコンバータ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水晶振動子を使用して発振させるととも
    に、前記水晶振動子の温度補償を行う温度補償信号によ
    り発振周波数を制御できる電圧制御水晶発振回路を備え
    た水晶発振器において、 前記水晶発振器の使用温度を検出する温度センサと、 この温度センサの検出温度をアナログ的な手法により処
    理して前記検出温度に対応する所定の温度補償信号を生
    成し、その温度補償信号を前記電圧制御水晶発振回路に
    供給する第１の温度補償手段と、 前記温度センサの検出温度をディジタル的な手法により
    処理して前記検出温度に対応する所定の温度補償信号を
    生成し、その温度補償信号を前記電圧制御水晶発振回路
    に供給する第２の温度補償手段とを備え、 前記両温度補償手段からの両温度補償信号に基づいて前
    記電圧制御水晶発振回路の発振周波数の制御を行うよう
    にしたことを特徴とする温度補償型水晶発振器。
  2. 【請求項２】 前記第１の温度補償手段は、 前記温度センサの検出温度に基づき、前記水晶振動子の
    温度特性に対応する近似３次関数からなる温度補償電圧
    を発生する３次関数発生手段と、 この３次関数発生手段が発生する温度補償電圧の所定の
    係数を設定するデータを予め記憶するメモリとからな
    り、 前記３次関数発生手段の前記係数は、前記メモリから読
    み出した前記データにより設定されるようになっている
    ことを特徴とする請求項１に記載の温度補償型水晶発振
    器。
  3. 【請求項３】 前記第２の温度補償手段は、 前記温度センサの検出温度をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコン
    バータと、 このＡ／ＤコンバータのＡ／Ｄ変換値に対応して予め記
    憶されているディジタル形態の温度補償データを発生す
    る不揮発性メモリと、 この不揮発性メモリからの温度補償データをアナログ形
    態の温度補償電圧にＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器と、 からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記
    載の温度補償型水晶発振器。
  4. 【請求項４】 前記第１の温度補償手段と前記第２の温
    度補償手段とは、半導体基板上にワンチップ化したこと
    を特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載
    の温度補償型水晶発振器。
  5. 【請求項５】 電圧制御水晶発振回路に温度補償信号を
    供給することにより水晶発振器の温度補償を行う温度補
    償方法において、 前記水晶発振器の使用温度を検出し、この検出温度に対
    応する所定の温度補償信号をアナログ的な手法により生
    成し、その温度補償信号により前記水晶発振器の温度補
    償を行う一方、 その温度補償のエラー分については、前記検出温度に対
    応する所定の温度補償信号をディジタル的な手法により
    生成し、その温度補償信号により前記水晶発振器の温度
    補償を行うようにしたことを特徴とする水晶発振器の温
    度補償方法。
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