JP2001339244A - 温度補償型発振器とその製造方法および温度補償型発振用集積回路 - Google Patents

温度補償型発振器とその製造方法および温度補償型発振用集積回路

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徹 松本
Masayuki Takahashi
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度補償型発振器およびその製造のコストを
低減する。 【解決手段】発振回路１の発振出力信号の周波数と外部
から入力される外部基準周波数信号の周波数とを比較す
る周波数比較回路８と、その比較結果に基づき各ビット
が決定される逐次比較レジスタ９とを設け、逐次比較レ
ジスタ９からのデジタル信号をバリキャップダイオード
ＣＶの制御電圧を発生するＤ／Ａ変換器５の入力とし、
周波数比較毎に逐次比較レジスタ９の各ビットを順次定
めて発振出力信号の周波数を外部基準周波数信号のそれ
に一致させる自己補償動作を行い、逐次比較レジスタ９
からのデジタル信号をそのときに温度検出器２の検出温
度に対応した補償データとし、温度検出器２で検出され
る所定の温度変化毎に自己補償動作をさせて補償データ
を定める。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は温度補償型発振器と
その製造方法および温度補償型発振用集積回路に関し、
特に発振器の周囲温度による周波数変動をデジタル制御
で補正する温度補償型発振器とその製造方法およびその
ような温度補償型発振器に用いられる温度補償型発振用
集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、携帯電話等各種通信機器において
は、通信速度の高速化に伴ってより周波数精度の高いシ
ステムクロックが望まれており、温度補償型水晶発振器
が用いられている。このような温度補償型水晶発振器と
しては図４に示すようなものがある。これは、発振回路
４１の発振周波数調整用のバリキャップダイオードＣＶ
と、温度検出器４２と、温度検出器４２の出力をＡ／Ｄ
変換するＡ／Ｄ変換器４３と、温度補償型水晶発振器の
周囲の温度毎の補償データを記憶した不揮発性メモリー
４４と、Ａ／Ｄ変換器４３の出力によってアドレス指定
されて不揮発性メモリーから読み出される補償データに
基づいて補正値信号を発生させる補正値信号発生回路４
５と、補正値信号をＤ／Ａ変換し、バリキャップダイオ
ードＣＶの制御電圧を発生するＤ／Ａ変換器４６とから
なる温度補償型水晶発振用集積回路に水晶振動子ＸＬを
外付けしてなる。
【０００３】一般に温度補償型発振回路に用いられる水
晶振動子（ＡＴカット）の周波数精度の温度特性は、次
のとおり表される３次関数で近似できる。
【０００４】 Δｆ／ｆ＝Ａ3（Ｔ−Ｔ0）3＋Ａ1（Ｔ−Ｔ0）＋Ａ0 Ｔ0は基準温度であり、３次関数の係数と共に個々の水
晶によって異なる。例えば図３に示すような周波数精度
の温度特性のものがある。
【０００５】一方、水晶発振回路の発振周波数は次の様
になる。
【０００６】 ｆ0＝ｆS（１＋１／（２Ｃ0／Ｃ1（１＋ＣL／Ｃ0）） ここで、ｆS、Ｃ0、Ｃ1はそれぞれ水晶の共振周波数、
等価並列容量、等価直列容量ＣLは発振回路の負荷容量
を表わす。この式からＣLを温度Ｔに応じて可変とすれ
ば周波数を調整することにより、温度補償ができること
が分かる。バリキャップダイオードを等価直列容量ＣL
として用いるのである。
【０００７】このような温度補償型水晶発振器において
補償データの設定は次のように行なわれる。温度補償型
水晶発振用集積回路に水晶振動子を接続して実際に発振
器を構成し、これを恒温槽に入れて所定の温度設定毎に
バリキャップダイオードＣＶに外部から電圧を印加す
る。図４のスイッチ４７は端子Ａの側にオンとしてお
く。発振器の発振出力信号をモニターして所定の周波数
が得られるバリキャップダイオードの制御電圧ＶCを特
定し、その温度でのＤ／Ａ変換器４６の特性を測定す
る。これら測定データを基に３次関数の各係数（Ａ3、Ａ
1、Ａ0）とＤ／Ａ変換器４６の調整用データとを算出
し、各温度に対応した補償データとして不揮発性メモリ
ー４４に格納する。
【０００８】実際の動作時には、温度検出器４２が検出
したアナログ温度情報をＡ／Ｄ変換したデータを不揮発
性メモリー４４のアドレスとして補償データを読み出
し、補正値信号発生回路４５に出力して補正値信号を発
生し、これをＤ／Ａ変換器４６によってＤ／Ａ変換する
ことによってバリキャップダイオードＣＶの制御電圧Ｖ
Cが発生する。図４のスイッチ４７を端子Ｂの側にオン
として制御電圧ＶCをバリキャップダイオードＣＶに与
える。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、温度
毎の測定データを一旦外部装置に納めて別途処理する、
所謂オフライン処理することによって補償データを算出
した後に不揮発性メモリーに書き込むため費用と手間が
非常に大きい。
【００１０】さらに、温度検出器４２、Ａ／Ｄ変換器４
３、Ｄ／Ａ変換器４６、バリキャップダイオードＣＶの
温度特性、水晶振動子ＸＬの周波数−温度特性は個々に
異なり、これら異なる温度特性を近似値で補正するた
め、合わせ込み精度を向上する事が困難であった。
【００１１】また、補償データの抽出には、温度設定の
絶対的な正確さが求められるため、コスト低減と補償精
度の向上は非常に困難であった。
【００１２】そこで本発明は、製造時の正確な温度設定
及び温度検出を不要とし、温度補償型発振器およびその
製造のコストを低減することを目的にする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明では、温度補償型
発振器の発振出力信号の周波数と外部から入力される外
部基準周波数信号の周波数とを比較する周波数比較回路
と、その比較結果に基づき各ビットが決定されるレジス
タとを設け、レジスタからのデジタル信号を発振出力信
号の周波数を調整する可変容量素子の制御電圧を発生す
るＤ／Ａ変換器に供給し、比較毎の比較結果に基づきレ
ジスタの各ビットを順次定めて発振出力信号の周波数を
外部基準周波数信号の周波数に一致させる自己補償動作
を行なう。発振出力信号の周波数と外部基準周波数信号
の周波数とが一致したときのレジスタからのデジタル信
号をそのときの温度検出器の検出温度に対応した補償デ
ータとし、温度検出器で検出される所定の温度変化毎に
自己補償動作をさせて補償データを定めることにより、
オフライン処理をなくし、製造時の絶対温度を制御する
費用と手間の削減を可能にする。
【００１４】さらに、全ての素子の特性をトータル的に
補正することによって、合わせ込み精度の向上をも可能
とする。
【００１５】さらに、補償データ設定時に温度変化を自
己検出して適正な補償データを抽出できるため、温度設
定の厳密さも要求されないため調整のトータルコストパ
フォーマンスの飛躍的な向上が望める。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の温度補償型発振器は、温
度に応じたアナログ信号を出力する温度検出器と、前記
温度検出器からのアナログ信号をデジタル信号に変換す
るＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタル信
号をアドレスとして補償データが読み出されるメモリー
と、前記補償データをデジタル信号からアナログ信号へ
変換するＤ／Ａ変換器と、前記Ｄ／Ａ変換器からのアナ
ログ信号を制御電圧とした可変容量素子と、水晶振動
子、弾性表面波共振子等の振動子を発振動作させて発振
出力信号を発生し、前記可変容量素子を前記発振出力信
号の周波数調整要素とした発振回路と、外部から入力さ
れる外部基準周波数信号と前記発振出力信号との周波数
を比較する周波数比較回路と、前記周波数比較回路の比
較結果に基づき、各ビットの値が順次決定されるレジス
タと、前記メモリーから読み出される補償データと前記
レジスタから出力されるデジタル信号とを選択的に前記
Ｄ／Ａ変換器に供給する切換回路とを備え、前記レジス
タから出力されるデジタル信号を前記切換回路を介して
前記Ｄ／Ａ変換器へ供給して前記発振回路に発振動作を
行なわせ、前記周波数比較回路による比較動作毎の比較
結果に基づき前記レジスタの各ビットの値を順次決定し
て前記発振出力信号の周波数を変更し、前記発振回路の
発振出力信号の周波数と前記外部基準周波数信号の周波
数とを一致させ、当該一致したときの前記レジスタから
出力されるデジタル信号を、そのときの前記温度検出器
の検出温度に対応して前記Ａ／Ｄ変換器から出力される
デジタル信号をアドレスとして前記検出温度に対応した
前記補償データとして前記メモリーに書き込む動作を、
所定の温度ステップ毎に行なう。本発明の温度補償型発
振器の製造方法では、温度に応じたアナログ信号を出力
する温度検出器と、前記温度検出器からのアナログ信号
をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ
変換器からのデジタル信号をアドレスとして補償データ
が読み出されるメモリーと、前記補償データをデジタル
信号からアナログ信号へ変換するＤ／Ａ変換器と、前記
Ｄ／Ａ変換器からのアナログ信号を制御電圧とした可変
容量素子と、水晶振動子等の振動子を接続してあり、当
該振動子に応じた発振動作を行なって発振出力信号を発
生し、前記可変容量素子を前記発振出力信号の周波数調
整要素とした発振回路と、外部から入力される外部基準
周波数信号と前記発振出力信号との周波数を比較する周
波数比較回路と、前記周波数比較回路の周波数比較結果
に基づき、各ビットの値が順次決定されるレジスタと、
前記メモリーから読み出される補償データと前記レジス
タから出力されるデジタル信号とを選択的に前記Ｄ／Ａ
変換器に供給する切換回路とを備えた温度補償型発振器
を構成し、前記温度補償型発振器を所定の特定温度で作
動させる工程と、前記外部基準周波数信号を前記周波数
比較回路に入力する工程と、前記レジスタから出力され
るデジタル信号を前記切換回路を介して前記Ｄ／Ａ変換
器に供給して前記発振回路に発振動作を行なわせ、前記
周波数比較回路による比較動作毎の比較結果に基づき前
記レジスタの各ビットの値を順次決定して前記発振出力
信号の周波数を変更し、前記発振回路の発振出力信号の
周波数と前記外部基準周波数信号の周波数とを一致させ
る工程と、当該一致したときの前記レジスタから出力さ
れるデジタル信号を、そのときの前記温度検出器の検出
温度に対応して前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタ
ル信号をアドレスとして前記検出温度に対応した前記補
償データとして前記メモリーに書き込む工程と、前記温
度補償型発振器の周囲温度を前記特定温度から所定の速
さで変化させて所定の温度補償範囲を横断させ、前記所
定温度ステップ毎に前記補償データの書き込み動作を行
なって前記温度補償範囲内で必要となる前記補償データ
を前記メモリーに書き込む工程とからなる。前記特定温
度は前記温度補償範囲外にあることも好ましい。
【００１７】また、前記振動子等を除く前記温度補償型
発振器の各構成を１チップに集積化して温度補償型発振
用集積回路を構成することも好ましい。
【００１８】また、これら温度補償型発振器とその製造
方法および温度補償型発振用集積回路において、前記温
度ステップは、前記温度検出器の検出温度の所定の変化
幅に対応しており、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデ
ジタル信号が所定の変化幅を示したことをもって前記温
度ステップの区切りとすることも好ましく、前記温度ス
テップは、前記振動子の周波数精度の温度変動が大きく
なる温度範囲では狭く設定されることも好ましく、前記
振動子は水晶振動子であり、前記可変容量素子はバリキ
ャップダイオードであることも好ましい。
【００１９】
【実施例】次に本発明の温度補償型発振器とその製造方
法および温度補償型発振用集積回路の詳細について図１
に示す第一実施例にそって説明する。図１は本例の温度
補償型水晶発振器の構成を説明するブロック図であり、
まず、同図を参照しながら本例の温度補償型水晶発振器
の構成について説明する。
【００２０】発振回路１は、図示しないＣＭＯＳインバ
ータの入力端子、出力端子間に振動子としての水晶振動
子ＸＬを接続してある。水晶振動子ＸＬはＡＴカット水
晶振動子である。発振回路１の負荷容量Ｃｇには直列に
可変容量素子としてのバリキャップダイオードＣＶを接
続してあり、この接続点に後述するＤ／Ａ変換器からの
制御電圧を印加してバリキャップダイオードＣＶの容量
値を制御することにより発振回路１からは温度補償され
た発振出力信号が発生する。なお、発振回路としてはＣ
ＭＯＳインバータ構成のものに限らず、バイポーラトラ
ンジスタを用いたコルビッツ発振回路等でも良く、バリ
キャップダイオード等の可変容量素子を用いて周波数調
整可能なものであれば良い。
【００２１】温度検出器２はＰ／Ｎ接合の順方向電圧Ｖ
BEの温度依存性を利用した回路等からなり、温度に応じ
た電圧を出力するものである。例えば、特開平10-12297
6号に開示される如き半導体温度センサーである。Ａ／
Ｄ変換器３は温度検出器２の出力電圧をＡ／Ｄ変換して
不揮発性メモリー４のアドレスを指定するデジタル信号
を発生する。メモリーとしての不揮発性メモリー４は、
後述する本例の製造方法によって補償データを記憶した
ものである。Ｄ／Ａ変換器５は切換回路としてのスイッ
チ６を介して不揮発性メモリー４から読み出される補償
データまたは後述する逐次比較レジスタからのデジタル
信号を受け、これをＤ／Ａ変換してバリキャップダイオ
ードＣＶの制御電圧を発生するものである。
【００２２】タイミング制御回路７は、後述する本例の
製造方法において周波数比較回路８、レジスタとしての
逐次比較レジスタ９を制御して温度毎の補償データを抽
出し、これら補償データを不揮発性メモリー４に書き込
むためのものである。
【００２３】周波数比較回路８は、図示しない外部の発
振回路からの所定の周波数の外部基準周波数信号と発振
回路１からの発振出力信号とを受けて両者の周波数を比
較するものである。図示しないが、フリップフロップを
用いた一対のバイナリカウンタとこれらのカウント値の
大小判別する比較回路からなり、外部基準周波数信号と
発振回路１からの発振出力信号とをそれぞれ一定期間カ
ウントし、カウント値の大小を判別してこれを周波数比
較結果として出力する。例えば、発振回路１の発振出力
信号の周波数（以下、発振周波数という。）が外部基準
周波数信号のそれより低い場合は“１”を、逆に高い場
合には“０”を出力する。
【００２４】本例では、逐次比較レジスタ９は９ビット
のレジスタである。逐次比較レジスタ９は補償データ設
定動作の際にその出力をＤ／Ａ変換器５に与えて発振回
路１の発振周波数を制御するとともに、タイミング制御
回路7の制御のもとに周波数比較回路８の比較結果に応
じて最上位ビットから順にその値を定め、発振回路１の
発振周波数にフィードバックしてこれを外部基準周波数
信号のそれに合わせ込んでいくことにより、温度毎の補
償データを抽出するためのものである。
【００２５】以上の各構成は、水晶振動子ＸＬを除い
て、温度補償型発振用集積回路として図示しない１チッ
プＩＣに集積化してある。
【００２６】次に本例の製造方法、すなわち、製造段階
において不揮発性メモリーに補償データを設定する動作
について図２のフローチャートに添って説明する。
【００２７】１チップＩＣに水晶振動子ＸＬを外付けし
て図１に示す温度補償型水晶発振器を構成し、スイッチ
６を端子Ａ側に接続したものを恒温槽に入れる。恒温槽
を所定の温度（補償したい温度範囲より温度検出手段の
バラツキを見込んだ分高温側もしくは低温側）、例えば
８５℃に設定し、充分に安定させる（ステップＡ）。こ
の後、温度補償型水晶発振器の外部よりタイミング制御
回路７にスタート信号を与え、周波数比較回路８には外
部基本周波数信号を与え、補償データ設定動作を開始さ
せる（ステップＢ）。
【００２８】補償データ設定動作が開始されると、タイ
ミング制御回路７は逐次比較レジスタ９の最上位ビット
を“１”とし、それより下位の各ビットを“０”とする
（ステップＣ）。
【００２９】初期状態では逐次比較レジスタ９の各ビッ
トの値から構成されるデジタル信号をＤ／Ａ変換器５に
よってＤ／Ａ変換することにより、端子Ｖｃにバリキャ
ップダイオードＣＶの制御電圧が発生する。逐次比較レ
ジスタ９の最上位ビットのみを“１”としてあるので、
制御電圧はその可変範囲の中間値となっている。制御電
圧によってバリキャップダイオードＶＣの容量値が定ま
り、この値に応じた周波数で発振回路１は発振する（ス
テップＤ）。
【００３０】次にタイミング制御回路７は周波数比較回
路８に発振回路１の発振出力信号と外部基準周波数信号
との比較を行なわせる（ステップＥ）。周波数比較回路
８は外部基準周波数信号と発振回路１からの発振出力信
号とをそれぞれ一定期間カウントし、カウント値の大小
を判別し、発振回路１の発振周波数が外部基準周波数信
号の周波数より低い場合は”１”を、逆に高い場合に
は”０”を出力する。
【００３１】次に周波数比較回路８の比較結果に応じて
逐次比較レジスタ９の予め“１”と仮決定されたビット
の値を決定し、その１つ下位側のビットの値を“１”に
仮決定する（ステップＦ）。比較回路８の比較結果が
“１”の場合、すなわち、発振周波数が外部基準周波数
信号の周波数より低い場合は仮決定されたビット、初期
状態では最上位ビットを“１”に決定し、最上位から２
番目のビットを“１”に仮決定してバリキャップダイオ
ードＣＶの制御電圧を上げ、逆に比較回路８の比較結果
が“０”の場合、すなわち、発振周波数が基準発振出力
信号の周波数より高い場合は最上位ビットを“０”に決
定し、最上位から２番目のビットを“１”に仮決定して
バリキャップダイオードＣＶの制御電圧を下げる。これ
により、発振回路１の発振周波数が変更される（ステッ
プＧ）。
【００３２】タイミング制御回路７は逐次比較レジスタ
９の最下位ビットが決定されたか否かを判定し（ステッ
プＨ）、最下位ビットが決定されていなければ、ステッ
プＥに戻り周波数比較回路８による発振出力信号と外部
基準周波数信号との比較動作を行なわせ（ステップ
Ｅ）、比較結果に基づいて仮決定されたビット、ここで
は、最上位から２番目のビットを決定し、その１つ下位
のビット、ここでは、最上位から３番目のビットを
“１”に仮決定し（ステップＦ）、発振回路１の発振周
波数を変更する（ステップＧ）。このようにステップＥ
〜Ｈの動作を繰り返して最上位ビットから下位側へと各
ビットの値を順次決定しながら、発振周波数を外部基準
周波数信号の周波数に近づけていく。このような自己補
償動作により、最下位ビットまで決定された時点では発
振周波数を外部基準周波数信号のそれと一致したものと
し、発振周波数を所定の周波数に高精度で合わせ込むこ
とができる。
【００３３】逐次比較レジスタ９の各ビットの値が全て
決定されると、温度検出器２の出力をＡ／Ｄ変換器３に
よりＡ／Ｄ変換してなるデジタル信号をアドレスとして
不揮発性メモリー４に逐次比較レジスタ９の各ビットの
内容を、その時点の恒温槽の温度に対応する補償データ
として書き込む（ステップＩ）。
【００３４】このように、温度補償型発振回路としての
構成を完備した状態で、自己補償動作によって抽出さ
れ、実際の使用においても制御電圧を発生するＤ／Ａ変
換器５によってＤ／Ａ変換され、所定の周波数の発振出
力信号を実現する制御電圧とされた逐次比較レジスタ９
からのデジタル信号を、温度検出器２の出力をＡ／Ｄ変
換してなるデジタル信号をアドレスとして不揮発性メモ
リー４に書き込み、補償データとするので、水晶振動子
ＸＬ、バリキャップダイオードＣＶ、Ａ／Ｄ変換器３、
Ｄ／Ａ変換器５等の温度特性のばらつきによらず、かつ
温度検出器２の絶対精度にもよらない高精度の補償デー
タが抽出できる。しかも、発振周波数を調整する制御電
圧を発生するＤ／Ａ変換器５の入力となるデジタル信号
をビット毎に自己補償動作を行って定めるので高精度の
補償データが得られる。
【００３５】次に所定の温度ステップ毎の補償データが
不揮発性メモリー４に書き込まれたか否か判定し（ステ
ップＪ）、次の温度ステップ毎の補償データ設定動作に
移る。
【００３６】恒温槽の設定温度を所定の速さで高温側か
ら低温側へ徐々に変化させる（以下、スイープさせると
いう。）（ステップＫ）。
【００３７】タイミング制御回路７はＡ／Ｄ変換器３か
らのデジタル信号を受けており、その値が所定の値だけ
変化したことをもって、温度検出器２によって所定温度
変化、すなわち、所定の温度ステップが検出されたとす
る（ステップＬ）。これをスタート信号としてステップ
Ｃ以降の動作を行い、この温度ステップにおいても、実
際に外部基準周波数にほぼ等しい周波数の発振出力信号
を実現する逐次比較レジスタ９からのデジタル信号を、
温度検出器２の出力をＡ／Ｄ変換してなるデジタル信号
をアドレスとし、補償データとして不揮発性メモリー４
に書き込む。温度検出器２によって所定温度変化が検出
されたことをもって温度ステップ毎の補償データの抽出
が開始されるので、温度補償型水晶発振器の周囲温度、
すなわち、恒温槽の温度設定の精度によらず、温度ステ
ップ毎の補償データの抽出できる。これによって製造時
の設定温度を制御する費用と手間の削減が可能となる。
【００３８】以上、ステップＣ〜Ｌの動作を繰り返すこ
とにより温度ステップ毎の補償データが不揮発性メモリ
ー４に書き込まれる。所定の温度ステップの全てについ
て補償データの書き込みが完了する（ステップＪ）と本
例の補償データ設定動作が完了する（ＥＮＤ）。
【００３９】以上のように本例の製造方法では、補償デ
ータの抽出と不揮発性メモリー４への書き込みがオンラ
インで行なえる。また、全ての素子の特性を合わせ込ん
だ形で補償データが求められるため精度の向上が可能と
なる。
【００４０】実使用時には、スイッチ６は端子Ｂ側に接
続される。周囲温度に応じて出力される温度検出器２の
出力をＡ／Ｄ変換したデジタル信号をアドレスとして不
揮発性メモリー４から補償データが読み出され、Ｄ／Ａ
変換器５によりＤ／Ａ変換されて制御電圧としてバリキ
ャップダイオードＣＶに印可され、発振回路１の発振出
力信号の周波数は製造時に用いられた外部基準周波数信
号のそれと一致したものとなる。
【００４１】本例で得られる精度およびそれを実現する
各構成の詳細は、例えば次のとおりである。
【００４２】周波数比較回路８は、フリップフロップを
用いたバイナリカウンタとカウンタ値の大小判別回路を
用いており、発振回路からの発振出力信号と外部基準発
振器からの基準周波数信号をそれぞれ一定期間カウント
し大小を判別している。このような周波数比較回路８の
カウンタのビット数として２２ビットを使用すると１／
２22（約０．２４ｐｐｍ）の精度での比較判定が可能に
なる。このカウントに必要な時間は発振器の周波数によ
り異なってくる。１０ＭＨｚの場合２22／（１０×１０
6）となり約０．４２秒になる。
【００４３】逐次比較レジスタを９ビットとすると、１
つの温度での補償データの抽出にかかる時間は、０．４
２×９＝３．７８秒になる温度スイープの速さとして
は、この時間の間の温度変化が所望の精度に影響を与え
ない程度の速さである必要がある。この時間の間の温度
変化を例えば、０．１℃以下に抑える。水晶振動子の共
振周波数の変動は、固体バラツキと温度変動を含めて約
２０ｐｐｍであるため、最大０．２５ｐｐｍステップで
の調整を行なう場合にはＤ／Ａ変換器５に必要なステッ
プ数は２０ｐｐｍ／０．２５ｐｐｍ＝８０ステップとな
り、Ｄ／Ａ変換器５のビット数は７ビットになる。但
し、バリキャップダイオードの電圧−容量の非線型性や
固体変動も考慮すると現実的には８〜９ビットであるか
ら、本例では９ビットとしてある。
【００４４】温度検出器２の出力を不揮発性メモリー４
のアドレスに変換するＡ／Ｄ変換器３に必要なビット数
は以下の様に求める事ができる。共振周波数の温度変動
の最大値は約１ｐｐｍ／℃程度であるので補償精度を
０．２５ｐｐｍとし、温度範囲を−４０℃〜８５℃とす
ると必要な温度ステップ数は１２５×１ｐｐｍ／０．２
５ｐｐｍ＝５００となり、Ａ／Ｄ変換器３のビット数
は、９ビットになる。上記構成をそのまま行なうと不揮
発性メモリー４の必要容量はビット数としては５００×
９＝４．５Ｋビットとなる。本例ではＡ／Ｄ変換器３の
出力するデジタル信号をアドレスとして補償データを不
揮発性メモリー４に記憶するため不揮発性メモリーの必
要容量を最小限にすることができる。
【００４５】また、全ての補償データの抽出にかかる時
間は、例えば１つの温度ステップでの補償データの抽出
にかかる時間が３．７８秒、その間の温度変化を０．１
℃、温度ステップを０．２５℃、温度ステップ数を５０
０とすると、（０．２５／（０．１／３．７８））×５
００＝４７２５秒（７８．７５分）となる。このよう
に、必要とされる精度で決まるカウンタ、Ｄ／Ａ変換
器、Ａ／Ｄ変換器のビット数、温度スイープの速さにも
よるが、比較的短時間で全ての補償データの抽出が可能
である。
【００４６】不揮発性メモリー４の必要容量をさらに削
減する方法として、周波数精度の温度変動の小さい領域
では、周波数調整のための温度ステップを大きくした
り、全範囲で温度ステップを大きくして間を補間した
り、その両者を組み合わせる事もできる。例えば、水晶
振動子の周波数精度の温度特性が図３に示すようなもの
であれば、周波数精度の温度変動の大きい温度範囲ｔ
１、ｔ２における温度ステップを密にし、周波数精度の
温度変動の小さい温度範囲ｔ３では温度ステップを大き
くするのである。
【００４７】また、本例では恒温槽の初期温度を補償す
べき温度範囲より高温とし、高温側から低温側へと温度
をスイープさせたが、この逆に初期温度を補償すべき温
度範囲より低温として低温側から高温側へと温度をスイ
ープさせても良い。
【００４８】また、本例によれば、自己補償動作によっ
て補償データ抽出するため、外部からスタート信号と外
部基準周波数信号とを与えさえすれば良く、従来のもの
のように外部から補償データを与える必要がない。個々
のＩＣ毎に補償データ出力用の外部設備を構成する必要
がないため、外部設備の数量制限も無く、同時により多
数のＩＣに補償データ設定を行なうことが可能であり、
製造コストの低減が可能となる。また、従来では異なる
発振周波数の製品を製造する際には、それに合った外部
設備を構成する必要があったがその必要もなく、この点
からも製造コストを低減することが可能となる。１チッ
プＩＣに集積化した際にも、従来の補正データ入力用の
インターフェイス等の占める面積に比べ、タイミング制
御回路７、周波数比較回路８、逐次比較レジスタ９の占
める面積はそれと同等かそれ以下であり、ＩＣ面積を増
大させることもない。
【００４９】また、上記一実施例では振動子としてＡＴ
カット水晶振動子を用いた温度補償型水晶発振器を示し
たが、本発明はこれに限るものではなく、ＳＡＷ（弾性
表面波）共振子を用いた温度補償型発振器にも応用可能
である。
【００５０】
【発明の効果】本発明によれば、温度検出器の正確な温
度精度及びＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器の精度もあまり
必要としないため、これらの合わせ込み回路が不用にな
りＩＣ化しやすい。
【００５１】また、所望の温度範囲内で温度補償型発振
器の周囲温度をスイープさせ、温度検出器により検出さ
れる温度変化を温度ステップとし、この温度ステップ毎
に温度補償データを自己抽出するため、温度補償データ
の抽出には温度設定の正確さも必要としない。このた
め、温度設定のための高精度の恒温槽等は不要になり設
備費用が軽減できる。
【００５２】また、温度補償データを抽出するための外
部設備も基準周波数とスタート信号を入力するだけで済
み設備費用が軽減できる。
【００５３】また、振動子の温度特性の近似的な特性で
の補償でないため高精度の温度補償が実現できる。
【００５４】また、温度検出器のアナログ信号をデジタ
ル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器からのデジタル信号をア
ドレスとして補償データをメモリーに書き込むため、メ
モリーの必要容量を最小限に留めることができる。この
点からも温度補償型発振器のコストを低減することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の温度補償型水晶発振器の構
成を説明するためのブロック図。
【図２】本発明の一実施例の温度補償型水晶発振器の製
造方法を説明するためのフローチャート。
【図３】水晶振動子の周波数精度の温度特性を示す特性
図。
【図４】従来の温度補償型水晶発振器の構成を説明する
ためのブロック図。
【符号の説明】
１ 発振回路 ＸＬ 水晶振動子（振動子） ２ 温度検出器 ３ Ａ／Ｄ変換器 ４ 不揮発性メモリー ５ Ｄ／Ａ変換器 ＣＶ バリキャップダイオード（可変容量素子） ６ スイッチ（切換回路） ８ 周波数比較回路 ９ 逐次比較レジスタ（レジスタ)

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 温度に応じたアナログ信号を出力する温
    度検出器と、前記温度検出器からのアナログ信号をデジ
    タル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器
    からのデジタル信号をアドレスとして補償データが読み
    出されるメモリーと、前記補償データをデジタル信号か
    らアナログ信号へ変換するＤ／Ａ変換器と、前記Ｄ／Ａ
    変換器からのアナログ信号を制御電圧とした可変容量素
    子と、水晶振動子等の振動子を発振動作させて発振出力
    信号を発生し、前記可変容量素子を前記発振出力信号の
    周波数調整要素とした発振回路とからなる温度補償型発
    振器であって、 外部から入力される外部基準周波数信号と前記発振出力
    信号との周波数を比較する周波数比較回路と、前記周波
    数比較回路の周波数比較結果に基づき、各ビットの値が
    順次決定されるレジスタと、前記メモリーから読み出さ
    れる補償データと前記レジスタから出力されるデジタル
    信号とを選択的に前記Ｄ／Ａ変換器に供給する切換回路
    とを備え、 前記レジスタから出力されるデジタル信号を前記切換回
    路を介して前記Ｄ／Ａ変換器へ供給して前記発振回路に
    発振動作を行なわせ、 前記周波数比較回路による比較動作毎の比較結果に基づ
    き前記レジスタの各ビットの値を順次決定して前記発振
    出力信号の周波数を変更し、 前記発振回路の発振出力信号の周波数と前記外部基準周
    波数信号の周波数とを一致させ、 当該一致したときの前記レジスタから出力されるデジタ
    ル信号を、そのときの前記温度検出器の検出温度に対応
    して前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号をア
    ドレスとして前記検出温度に対応した前記補償データと
    して前記メモリーに書き込む動作を、所定の温度ステッ
    プ毎に行なうことを特徴とする温度補償型発振器。
  2. 【請求項２】 前記温度ステップは、前記温度検出器の
    検出温度の所定の変化幅に対応しており、前記Ａ／Ｄ変
    換器から出力されるデジタル信号が所定の変化幅を示し
    たことをもって前記温度ステップ間の区切りとすること
    を特徴とする請求項１に記載の温度補償型発振器。
  3. 【請求項３】 前記温度ステップは、前記振動子の周波
    数精度の温度変動が大きくなる温度範囲では狭く設定さ
    れることを特徴とする請求項１または２に記載の温度補
    償型発振器。
  4. 【請求項４】 前記振動子は水晶振動子であり、前記可
    変容量素子はバリキャップダイオードであることを特徴
    とする請求項１乃至３のいずれかに記載の温度補償型発
    振器。
  5. 【請求項５】 温度に応じたアナログ信号を出力する温
    度検出器と、前記温度検出器からのアナログ信号をデジ
    タル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器
    からのデジタル信号をアドレスとして補償データが読み
    出されるメモリーと、前記補償データをデジタル信号か
    らアナログ信号へ変換するＤ／Ａ変換器と、前記Ｄ／Ａ
    変換器からのアナログ信号を制御電圧とした可変容量素
    子と、水晶振動子等の振動子を接続してあり、当該振動
    子に応じた発振動作を行なって発振出力信号を発生し、
    前記可変容量素子を前記発振出力信号の周波数調整要素
    とした発振回路と、外部から入力される外部基準周波数
    信号と前記発振出力信号との周波数を比較する周波数比
    較回路と、前記周波数比較回路の周波数比較結果に基づ
    き、各ビットの値が順次決定されるレジスタと、前記メ
    モリーから読み出される補償データと前記レジスタから
    出力されるデジタル信号とを選択的に前記Ｄ／Ａ変換器
    に供給する切換回路とを備えた温度補償型発振器を構成
    し、 前記温度補償型発振器を所定の特定温度で作動させる工
    程と、 前記外部基準周波数信号を前記周波数比較回路に入力す
    る工程と、 前記レジスタから出力されるデジタル信号を前記切換回
    路を介して前記Ｄ／Ａ変換器に供給して前記発振回路に
    発振動作を行なわせ、前記周波数比較回路による比較動
    作毎の比較結果に基づき前記レジスタの各ビットの値を
    順次決定して前記発振出力信号の周波数を変更し、前記
    発振回路の発振出力信号の周波数と前記外部基準周波数
    信号の周波数とを一致させる工程と、 当該一致したときの前記レジスタから出力されるデジタ
    ル信号を、そのときの前記温度検出器の検出温度に対応
    して前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号をア
    ドレスとして前記検出温度に対応した前記補償データと
    して前記メモリーに書き込む工程と、 前記温度補償型発振器の周囲温度を前記特定温度から所
    定の速さで変化させて所定の温度補償範囲を横断させ、
    前記所定温度ステップ毎に前記補償データの書き込み動
    作を行なって前記温度補償範囲内で必要となる前記補償
    データを前記メモリーに書き込む工程とからなることを
    特徴とする温度補償型発振器の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記温度ステップは、前記温度検出器の
    検出温度の所定の変化幅に対応しており、前記Ａ／Ｄ変
    換器から出力されるデジタル信号が所定の変化幅を示し
    たことをもって前記温度ステップ間の区切りとすること
    を特徴とする請求項４に記載の温度補償型発振器の製造
    方法。
  7. 【請求項７】 前記温度ステップは、前記振動子の周波
    数精度の温度変動が大きくなる温度範囲では狭く設定さ
    れることを特徴とする請求項５または６に記載の温度補
    償型発振器の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記振動子は水晶振動子であり、前記可
    変容量素子はバリキャップダイオードであることを特徴
    とする請求項５乃至７のいずれかに記載の温度補償型発
    振器の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記特定温度は前記所定温度範囲外にあ
    ることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の
    温度補償型発振器の製造方法。
  10. 【請求項１０】 温度に応じたアナログ信号を出力する
    前記温度検出器からのアナログ信号をデジタル信号に変
    換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器からのデジタ
    ル信号をアドレスとして補償データが読み出されるメモ
    リーと、前記補償データをデジタル信号からアナログ信
    号へと変換するＤ／Ａ変換器と、前記Ｄ／Ａ変換器から
    のアナログ信号を制御電圧とした可変容量素子と、水晶
    振動子等の振動子を外付けして当該振動子を発振動作さ
    せて発振出力信号を発生し、前記可変容量素子を前記発
    振出力信号の周波数調整要素とした発振回路と、外部か
    ら入力される外部基準周波数信号と前記発振出力信号と
    の周波数を比較する周波数比較回路と、前記周波数比較
    回路の周波数比較結果に基づき、各ビットの値が順次決
    定されるレジスタと、前記メモリーから読み出される補
    償データと前記レジスタから出力されるデジタル信号と
    を選択的に前記Ｄ／Ａ変換器に供給する切換回路とを備
    えた温度補償型発振用集積回路であって、 前記レジスタから出力されるデジタル信号を前記切換回
    路を介して前記Ｄ／Ａ変換器に供給して前記発振回路に
    発振動作を行なわせ、 前記周波数比較回路による比較動作毎の比較結果に基づ
    き前記レジスタの各ビットの値を順次決定して前記発振
    出力信号の周波数を変更し、 前記発振回路の発振出力信号の周波数と前記外部基準周
    波数信号の周波数とを一致させ、 当該一致したときの前記レジスタから出力されるデジタ
    ル信号を、そのときの前記温度検出器の検出温度に対応
    して前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号をア
    ドレスとして前記検出温度に対応した前記補償データと
    して前記メモリーに書き込む動作を、所定の温度ステッ
    プ毎に行なうことを特徴とする温度補償型発振用集積回
    路。
  11. 【請求項１１】 前記温度ステップは、前記温度検出器
    の検出温度の所定の変化幅に対応しており、前記Ａ／Ｄ
    変換器から出力されるデジタル信号が所定の変化幅を示
    したことをもって前記温度ステップ間の区切りとするこ
    とを特徴とする請求項１０に記載の温度補償型発振用集
    積回路。
  12. 【請求項１２】 前記温度ステップは、前記振動子の周
    波数精度の温度変動が大きくなる温度範囲では狭く設定
    されることを特徴とする請求項１０または１１に記載の
    温度補償型発振用集積回路。
  13. 【請求項１３】 前記振動子は水晶振動子であり、前記
    可変容量素子はバリキャップダイオードであることを特
    徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の温度補
    償型発振用集積回路。
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