JP2004147180A

JP2004147180A - 温度補償水晶発振器

Info

Publication number: JP2004147180A
Application number: JP2002311172A
Authority: JP
Inventors: Fumio Asamura; 浅村　文雄; Tamotsu Kurosawa; 黒澤　保
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【目的】本発明は位相雑音特性を向上した温度補償発振器を提供する。
【構成】温度検出部からの温度信号によって三次関数となる補償電圧を発生する補償電圧発生回路と、ＡＦＣ制御機構からのＡＦＣ制御電圧の入力機構と、前記水晶発振器の発振閉ループに挿入されて前記補償電圧及び前記ＡＦＣ電圧を印加される電圧可変容量素子とを備え、ＰＬＬ制御回路の基準信号源とした温度補償水晶発振器において、前記補償電圧は前記ＰＬＬ制御回路が同期したことを示すロック信号によって切り替えられ、他の電圧供給源からの代替電圧を前記電圧可変容量素子に印加した構成とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＬＬ制御回路の基準源となる温度補償水晶発振器（以下、温度補償発振器とする）を産業上の技術分野とし、特に位相雑音を低減した通信機器用の温度補償発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）ＰＬＬ制御回路は例えば携帯電話に組み込まれ、通常では温度補償発振器を基準信号源とする。そして、ＰＬＬ制御回路のロック（同期）後は、ＡＦＣ制御機構（同期検出部）からのＡＦＣ電圧を温度補償発振器に印加して基地局からの通信周波数（電波周波数）に追尾する。近年では、通信システム系の誤動作を防止して通話品質を向上するため、位相雑音の少ない温度補償発振器が求められている。
【０００３】
（従来技術の一例）第３図は一従来例を説明する温度補償発振器を用いた例えば通信システムにおける受信系の概略的なシステム図である。
通信システムの受信系は、概ね、高周波受信回路（高周波回路）１と信号処理回路２と温度補償発振器３とからなる。高周波回路１はアンテナ４、高周波増幅器５、ミキサ（混合器）６、ＰＬＬ制御回路７及びＩＦ（中間周波数）段８からなる。そして、基地局からの電波を受信して、シンセサイザとしてのＰＬＬ制御回路７からの信号を混合して中間周波数を得る。
【０００４】
信号処理回路２は復調器９及び同期検出部１０からなる。復調器９はＩＦ段８からの中間周波数を復調して元信号を得る。同期検出部１０は復調器９と基準信号との同期（位相）が一致しているか否かを検出するとともに、位相差に基づいたＡＦＣ電圧ＶＡを発生し、温度補償発振器（ＴＣＸＯ）３に印加する。
【０００５】
温度補償発振器３は前述したＰＬＬ制御回路７及び同期検出部１０の基準信号源ｆｒとして機能する。そして、電圧制御型の水晶発振器（ＶＣＸＯ、電圧制御発振器）１１と温度補償機構１２からなる。電圧制御発振器１１は、水晶振動子１３と発振回路１４からなる発振閉ループＰに電圧可変容量素子１５を挿入しなる。発振閉ループ（水晶発振器）は水晶振動子１３に起因して周波数温度特性を常温近傍に変曲点を有する三次曲線とする。
【０００６】
温度補償機構１２は図示しない温度検出部からの温度信号に基づき、三次関数となる補償電圧Ｖｓを発生する。そして、発振閉ループ内の電圧可変容量素子１５に補償電圧Ｖｓを印加し、水晶発振器１４の周波数温度特性を補償する。すなわち、電圧可変容量素子１５の容量変化によって水晶振動子１３から見た直列等価容量（負荷容量）を変化させ、温度変化に伴う発振周波数の変化を相殺して温度補償する。図中の符号１８は高周波素子抵抗である。
【０００７】
そして、通常では、前述したＡＦＣ制御電圧ＶＡが電圧可変容量素子１５に印加される。なお、ＡＦＣ制御電圧ＶＡは表面実装発振器の容器に設けられた図示しないＡＦＣ端子を経て印加される。そして、基地局からの電波に追従して発振周波数を可変する。要するに、この種の温度補償発振器３では、常に常温近傍の発振周波数を維持する周囲温度に応答した補償電圧Ｖｓと、基地局の電波に追従するＡＦＣ電圧ＶＡとが印加される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の温度補償発振器３では、特に温度補償機構１２に起因して次の問題があった。すなわち、温度補償機構１２は、例えばＩＣチップ内に集積化された温度センサによって、周囲温度を検出する。しかし、温度センサは例えば抵抗からなり、温度検出信号は非常にレベルが低い。このため、低レベル（小信号）の温度検出信号を増幅しなければならず、更にはこの信号を用いて温度補償用の３次関数となる補償電圧を発生しなければならず、結局は信号に対する雑音成分が大きくなって、位相雑音特性を悪化する問題があった。
【０００９】
（発明の目的）本発明は位相雑音特性を向上した温度補償発振器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段、請求項１】
（着目点）このようなものにおいて、基準信号源ｆｒとしての発振器を温度補償型とする理由は、基準信号源ｆｒとしての発振器の立ち上がり時に基地局からの電波周波数との周波数偏差が大きいとＰＬＬ制御回路としてのＰＬＬ制御回路がロックされないため、温度変化があったとしても基準周波数からの周波数偏差を一定値以内にする必要があるからである。そして、ＰＬＬ制御回路は一度ロックされると、補償電圧及びＡＦＣ制御電圧に依存して基準周波数に追従する。
【００１１】
これらの点から、本発明ではＰＬＬ制御回路がロックすれば、必ずしも補償電圧は必要ではなく、ロック後はロック時の補償電圧と同等の代替電圧であれば良い点に着目した。
【００１２】
（解決手段）本発明は、補償電圧はＰＬＬ制御回路が同期したことを示すロック信号によって切り替えられ、他の電圧供給源からの代替電圧を電圧可変容量素子に印加した構成とする。これにより、ロック以降は小信号を増幅した補償電圧を使用することなく、これと同等レベルの代替電圧を使用するので雑音成分を小さくして位相雑音特性を高められる。以下、本発明の一実施例を説明する。
【００１３】
【実施例】
第１図は本発明の一実施例を説明する温度補償水晶発振器による通信系（受信系）の概略的なシステム図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
温度補償発振器は、前述したように発振閉ループに電圧可変容量素子を挿入した電圧制御発振器１１と、補償電圧Ｖｓを生成して電圧可変容量素子１１に印加する温度補償機構１２を有する。そして、新たに切替器１６と代替電圧発生機構１７を備える。切替器１６は温度補償発振器３の停止時及び立ち上がり時には温度補償機構１２に接続する。
【００１４】
このようなものでは、温度補償発振器３の立ち上がり時には、通常通りに温度補償機構１２からの補償電圧Ｖｓが電圧制御発振器１１に供給されて、温度補償された基準周波数ｆｒがＰＬＬ制御回路のＰＬＬ制御回路７に供給される。次に、ＰＬＬ制御回路からの信号が基準信号ｆｒに同期して規定内の位相差になると、同期検出部１０はロック信号Ｌｆを発生し、切替器１６に供給する。これを受けて、切替器１６は代替電圧発生機構１７からの代替電圧Ｖｆを電圧制御発振器１１に供給する。代替電圧Ｖｆはロック時の補償電圧Ｖｓと同値に設定される。
【００１５】
具体的には、第２図に示したように、代替電圧発生機構１７は温度補償機構１２からの補償電圧Ｖｓをデジタル化するＡ／Ｄ変換器１９と、ＥＥＰＲＯＭ２０と、電圧発生回路２１と切替器１６からなる。ＥＥＰＲＯＭ２０はロック信号Ｌｆに応答してＡＤ変換器１９からのデジタル信号を書き込まれ、例えば４ビット（ａｂｃｄ）の０、１信号とする。そして、電圧発生回路２１に送出される。
【００１６】
電圧発生回路２１は定電流源２２（ａｂｃｄ）と電子スイッチ２３（ａｂｃｄ）の直列回路を４本並列接続した電流生成部２４と、これに直列接続した負荷抵抗２５とからなる。定電流源は定電圧源２６に接続し、例えば１、２、４、８μＡに設定される。これにより、１〜１５μＡの定電流を選択できる。電子スイッチ２３はＭＯＳ等からなる。
【００１７】
このようなものでは、前述したように温度補償発振器３の立ち上がり時には、電子スイッチ１６によって周囲温度に応答した補償電圧Ｖｓを電圧制御発振器１１に印加する。次に、ＰＬＬ制御回路７が同期すると、ロック信号ＬｆによってＡ／Ｄ変換器１９からの補償電圧Ｖｓ（デジタル値ａｂｃｄ）がＥＥＰＲＯＭ２０に書き込まれる。そして、電圧発生機構２１（電流生成部２４）の各スイッチ２３を１、０信号に応答して開閉する。
【００１８】
例えばデジタル値ａｂｃｄが１００１であれば、電子スイッチ２３ａと２３ｄが選択され、１と８μＡの定電流源が動作して計９μＡの電流を負荷抵抗２５に供給する。したがって、負荷抵抗２５を例えば１００ＫΩに設定すれば、０．９Ｖの端子間電圧を得られる。したがって、負荷抵抗２５を設定することによって、端子間電圧を補償電圧Ｖｓに一致させることができる。
【００１９】
そして、例えばロック信号Ｌｆによって切替器１６を電圧発生機構２１に接続することによって、補償電圧Ｖｓと同値とした代替電圧を電圧制御発振器１１に供給できる。
【００２０】
このような構成であれば、温度補償発振器３の立ち上がり時のみ電圧制御発振器１１に補償電圧Ｖｓが供給され、ロック後は代替電圧が供給される。したがって、ロック後の代替電圧は小信号を増幅して得られた３次関数の補償電圧ではなく、定電流源から得た一定電圧なので雑音成分が少ない。したがって、位相雑音特性を良好にする。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、補償電圧はＰＬＬ制御回路が同期したことを示すロック信号によって切り替えられ、他の電圧供給源からの代替電圧を電圧可変容量素子に印加したので、位相雑音特性を向上した温度補償発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する温度補償発振器による通信系の概略的なシステム図である。
【図２】本発明の一実施例を説明する温度補償発振器による通信系の具体的なシステム図である。
【図３】従来例を説明する温度補償発振器による通信系の概略的なシステム図である。
【図４】従来例を説明する電圧制御発振器の図である。
【符号の説明】
１　高周波回路、２　信号処理回路、３　温度補償発振器、４　アンテナ、５高周波増幅器、６　ミキサ、７　ＰＬＬ制御回路、８　ＩＦ段、９　復調器、１０　同期検出部、１１　電圧制御発振器、１２　温度補償機構、１３　水晶振動子、１４　発振回路、１５　電圧可変容量素子、１６　切替器、１７　代替電圧発生、１８　高周波阻止抵抗、１９　Ａ／Ｄ変換器、２０　ＥＥＰＲＯＭ、２１　電圧発生回路、２２　定電流源、２３　電子スイッチ、２４　電流生成部。

Claims

温度検出部からの温度信号によって三次関数となる補償電圧を発生する補償電圧発生回路と、前記水晶発振器の発振閉ループに挿入されて前記補償電圧及び前記ＡＦＣ電圧を印加される電圧可変容量素子とを備え、ＰＬＬ制御回路の基準信号源とした温度補償水晶発振器において、前記補償電圧は前記ＰＬＬ制御回路が同期したことを示すロック信号によって切り替えられ、他の電圧供給源からの代替電圧を前記電圧可変容量素子に印加したことを特徴とする温度補償発振器。
前記他の電圧供給源は、定電圧源に接続した定電流源とデジタル信号によって選択される電子スイッチとの直列回路を並列に接続した電流生成部と、前記電流生成部に接続した負荷抵抗とからなる請求項１の温度補償発振器。