JP2006166393A - Temperature compensated oscillation circuit comprising temperature compensation circuit, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は温度補償回路を備えた温度補償発振回路および電子機器に係り、特にディジタル温度補償方式の発振回路に関する。 The present invention relates to a temperature-compensated oscillation circuit and an electronic apparatus having a temperature compensation circuit, and more particularly to a digital temperature compensation type oscillation circuit.
温度補償回路を備えた発振回路は、温度補償圧電発振器やリアルタイムクロックを構成することができる。温度補償圧電発振器1は、図18に示すように、圧電振動子2に接続された発振回路3と、この発振回路3を制御する制御回路4と、制御回路4の前段に接続されたアナログ/ディジタル(A/D)変換器5と、A/D変換器5の前段に接続された温度センサ6とを備えた構成である。前記圧電振動子2に接続された発振回路3は、発振周波数を変えるための容量アレイ等を備えている。また制御回路4には、記憶部7が接続されている。この記憶部7は、温度補償圧電発振器1の動作温度範囲内における、温度に対する容量アレイの容量値を表すデータ(補正値)が保存されている。この補正値は、圧電発振器1を恒温槽内に収容した後、圧電発振器1を発振させた状態で周囲温度を変化させて取得する。
An oscillation circuit including a temperature compensation circuit can constitute a temperature compensated piezoelectric oscillator or a real time clock. As shown in FIG. 18, the temperature compensated
温度センサ6は、圧電振動子2の周囲温度を測定して、この測定結果をアナログ信号としてA/D変換器5に出力する。A/D変換器5は、前記アナログ信号をディジタル信号に変換した後、このディジタル信号を制御回路4に出力する。制御回路4は、ディジタル信号を入力した後、このディジタル信号の値に応じた補正値を記憶部7から読み出して発振回路3へと出力する。発振回路3は、入力された補正値に応じて容量アレイの容量値を変える等の方法により、発振周波数を調整して出力する。
The temperature sensor 6 measures the ambient temperature of the
そして温度補償圧電発振器について開示されたものとして、例えば特許文献1〜3が挙げられる。特許文献2に開示された温度補償圧電発振器は、制御する温度の隣接する二点間の既知の制御値を単純な平均値を用いて補間することで温度補償制御する温度間隔を1/2に狭めて、メモリ回路の容量を増やすことなく、周波数温度補償制御の精度を高めたものである。また特許文献3に開示された温度補償圧電発振器は、補償データの絶対値ではなく、隣接データとの差分をメモリに順次記憶することによって、メモリ消費容量を低減するものである。
ところで、記憶部に記憶される補正値は、圧電発振器を恒温槽内に収容した後、圧電発振器を発振させた状態で周囲温度を変化させて取得しなければならないので、データの取得に時間がかかる問題があった。 By the way, the correction value stored in the storage unit must be acquired by changing the ambient temperature in a state where the piezoelectric oscillator is oscillated after the piezoelectric oscillator is accommodated in the thermostat. There was such a problem.
また高精度な温度補償を行うにはデータを増やす必要があるので、データの消去が可能なメモリ(EPROM)等で構成された記憶部の記憶容量を増やさなくてはならず、データの書き込み時間が長くなる等の問題があった。 In addition, since it is necessary to increase the data in order to perform high-precision temperature compensation, the storage capacity of the storage unit composed of a memory (EPROM) capable of erasing data must be increased, and the data writing time is increased. There was a problem such as becoming longer.
本発明は、温度補償のために記憶部を使用することなく、高精度に温度補償を行える温度補償回路を備えた温度補償発振回路を提供することを目的とする。
また、この温度補償回路を備えた温度補償発振回路を搭載した電子機器を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a temperature compensated oscillation circuit including a temperature compensation circuit that can perform temperature compensation with high accuracy without using a storage unit for temperature compensation.
It is another object of the present invention to provide an electronic device equipped with a temperature compensated oscillation circuit provided with this temperature compensation circuit.
上記目的を達成するために、本発明に係る温度補償回路を備えた温度補償発振回路は、圧電振動子に接続され、所定の周波数の発振信号を出力する発振回路であって、前記圧電振動子の周囲温度の測定データをディジタル信号で出力する温度検出部と、前記ディジタル信号を論理演算し、当該演算結果を前記圧電振動子の周波数温度特性を補償する補償信号として出力する変換処理部と、前記補償信号に応じて前記圧電振動子の発振周波数を調整する周波数調整手段とを備え、前記変換処理部は、前記ディジタル信号を入力して、動作温度範囲の中心温度よりも大きい前記ディジタル信号を反転処理する折り返し回路と、前記折り返し回路からの信号を入力し、前記動作温度範囲の中心温度を含む範囲内の前記信号であれば前記信号を抑制して同値の前記補償信号を出力し、範囲外の前記信号であれば前記信号を前記補償信号として出力する抑制回路と、を備えた変換論理回路である、ことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a temperature compensated oscillation circuit including a temperature compensation circuit according to the present invention is an oscillation circuit that is connected to a piezoelectric vibrator and outputs an oscillation signal having a predetermined frequency. A temperature detection unit that outputs the measurement data of the ambient temperature as a digital signal; a conversion processing unit that performs a logical operation on the digital signal and outputs the calculation result as a compensation signal that compensates for the frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator; Frequency adjustment means for adjusting the oscillation frequency of the piezoelectric vibrator in accordance with the compensation signal, and the conversion processing unit inputs the digital signal and outputs the digital signal larger than the center temperature of the operating temperature range. A folding circuit that performs inversion processing and a signal from the folding circuit are input, and the signal is suppressed if the signal is within a range including the center temperature of the operating temperature range. Outputs the compensation signal of the equivalence, a conversion logic circuit comprising a suppression circuit for outputting the signal as the compensation signal if the signal out of the range, and is characterized in that.
また本発明に係る温度補償回路を備えた温度補償発振回路は、圧電振動子に接続され、所定の周波数の発振信号を出力する発振回路であって、前記圧電振動子の周囲温度の測定データをディジタル信号で出力する温度検出部と、前記ディジタル信号を論理演算し、当該演算結果を前記圧電振動子の周波数温度特性を補償する補償信号として出力する変換処理部と、前記補償信号に応じて前記発振信号を変化させる周波数調整手段とを備え、前記変換処理部は、前記ディジタル信号を入力して、動作温度範囲の中心温度よりも大きい前記ディジタル信号を反転処理する折り返し回路と、前記折り返し回路からの信号を入力し、前記動作温度範囲の中心温度を含む範囲内の前記信号であれば前記信号を抑制して同値の前記補償信号を出力し、範囲外の前記信号であれば前記信号を前記補償信号として出力する抑制回路と、を備えた変換論理回路である、ことを特徴としている。 A temperature compensated oscillation circuit including a temperature compensation circuit according to the present invention is an oscillation circuit that is connected to a piezoelectric vibrator and outputs an oscillation signal having a predetermined frequency. A temperature detection unit that outputs a digital signal; a logical operation of the digital signal; a conversion processing unit that outputs the calculation result as a compensation signal that compensates for a frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibrator; A frequency adjusting means for changing an oscillation signal, and the conversion processing unit receives the digital signal and inverts the digital signal larger than the center temperature of the operating temperature range; If the signal is within the range including the center temperature of the operating temperature range, the signal is suppressed and the compensation signal having the same value is output. Wherein the suppression circuit for outputting the signal as the compensation signal if the signal is a conversion logic circuit with, is characterized in that the.
温度補償回路を備えた温度補償発振回路は、補償信号の値と周波数調整手段の素子値が1対1に対応付けられているので、補償信号に応じて周波数調整手段を制御することができ、圧電振動子の周波数温度特性を温度補償できる。そして本発明に係る温度補償回路を備えた温度補償発振回路は、論理演算により圧電振動子の周波数温度特性を温度補償するためのデータ(演算結果)を得ることができる。したがって論理演算だけで補償信号が得られるので、短時間で周波数調整手段を制御するデータを得ることができる。また製造時に全ての前記データを記憶させる工程がないので、このデータの書き込みのための時間を削減することができる。 In the temperature compensated oscillation circuit provided with the temperature compensation circuit, the value of the compensation signal and the element value of the frequency adjustment means are associated one-to-one, so that the frequency adjustment means can be controlled according to the compensation signal, The frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibrator can be temperature compensated. The temperature compensated oscillation circuit including the temperature compensation circuit according to the present invention can obtain data (computation result) for temperature compensation of the frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator by logical operation. Therefore, since a compensation signal can be obtained only by a logical operation, data for controlling the frequency adjusting means can be obtained in a short time. Further, since there is no step of storing all the data at the time of manufacture, the time for writing this data can be reduced.
また抑制回路は、入力される信号の値が中心温度を含んだある範囲内であれば、出力信号を同じ値に抑制し、変換処理部から出力される信号波形に平坦領域を形成する。すなわち変換処理部は、出力される補償信号の信号波形を論理演算により台形にしているので、ディジタル信号の値が平坦領域内であれば同じ値の補償信号が出力される。したがって平坦領域内では温度補償後の周波数温度特性が圧電振動子の周波数温度特性に沿う形状になり、平坦領域外では周波数偏差が零に近づく値となり、温度補償を高精度に行うことができる。また変換処理部は、折り返し回路および抑制回路を簡単な論理回路で構成できるので、小規模の回路構成にすることができ、低消費電力化することができる。また論理回路の製造コストを削減することができる。したがって温度補償回路を備えた温度補償発振回路は、小型化、低消費電力化および製造コストの低減ができる。 The suppression circuit suppresses the output signal to the same value if the value of the input signal is within a certain range including the center temperature, and forms a flat region in the signal waveform output from the conversion processing unit. That is, since the conversion processing unit makes the signal waveform of the output compensation signal trapezoidal by a logical operation, if the value of the digital signal is within a flat region, the compensation signal having the same value is output. Therefore, the frequency temperature characteristic after temperature compensation becomes a shape that follows the frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibrator in the flat region, and the frequency deviation becomes a value close to zero outside the flat region, so that temperature compensation can be performed with high accuracy. In addition, since the conversion processing unit can configure the folding circuit and the suppression circuit with simple logic circuits, it can have a small circuit configuration and can reduce power consumption. In addition, the manufacturing cost of the logic circuit can be reduced. Therefore, the temperature compensated oscillation circuit including the temperature compensation circuit can be reduced in size, reduced in power consumption, and reduced in manufacturing cost.
前記折り返し回路は、前記ディジタル信号の最上位桁INnと上位から2桁目以下の桁INn−1,…IN0とを入力する排他的論理和EXORn−1〜EXOR0を備え、前記抑制回路は、前記折り返し回路から出力される前記信号の上位3桁(排他的論理和EXORn−1,…EXORn−3の出力信号)を入力する否定論理積NANDと、前記折り返し回路から出力される前記信号の上位4桁目以下(排他的論理積EXORn−4,…EXOR0)の桁と、否定論理積NANDの出力とを入力する論理積ANDn−4〜AND0とを備えた、ことを特徴としている。これにより排他的論理和でディジタル信号を反転処理することができ、否定論理積および論理積で台形処理することができる。 The folding circuit includes exclusive ORs EXORn-1 to EXOR0 for inputting the most significant digit INn of the digital signal and the second and lower digits INn-1,. A NAND circuit that inputs the upper 3 digits of the signal output from the folding circuit (output signal of the exclusive OR EXORn-1,... EXORn-3) and the upper 4 bits of the signal output from the folding circuit. It is characterized by comprising ANDs ANDn-4 to AND0 for inputting digits after the digit (exclusive logical product EXORn-4,... EXOR0) and the output of the negative logical product NAND. As a result, the digital signal can be inverted by exclusive OR, and trapezoidal processing can be performed by NAND and AND.
前記折り返し回路は、前記ディジタル信号の最上位桁INnと上位から2桁目以下の桁INn−1,…IN0とを入力する排他的論理和EXORn−1〜EXOR0を備え、前記抑制回路は、前記折り返し回路から出力される前記信号と、予め設定された抑制値とを入力してどちらが大きいかを比較判定し、当該判定結果を出力するマグニチュードコンパレータと、前記折り返し回路から出力される前記信号と、予め設定された前記抑制値とを入力し、前記マグニチュードコンパレータから出力された当該判定結果に基づいて、前記信号および前記抑制値のいずれか一方を出力するセレクタとを備えた、ことを特徴としている。これにより排他的論理和でディジタル信号を反転処理することができ、セレクタおよびマグニチュードコンパレータで台形処理することができる。 The folding circuit includes exclusive ORs EXORn-1 to EXOR0 for inputting the most significant digit INn of the digital signal and the second and lower digits INn-1,. The signal output from the folding circuit and a preset suppression value are input to compare and determine which is greater, a magnitude comparator that outputs the determination result, and the signal output from the folding circuit; And a selector that inputs the suppression value set in advance and outputs either the signal or the suppression value based on the determination result output from the magnitude comparator. . As a result, the digital signal can be inverted by exclusive OR, and trapezoidal processing can be performed by the selector and the magnitude comparator.
前記温度検出部は、前記圧電振動子の周囲温度を測定する温度センサと、前記温度センサから出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ/ディジタル変換器とを備え、前記アナログ/ディジタル変換器は、前記アナログ信号およびディジタル/アナログ変換器の出力信号を入力する比較器と、前記比較器に接続した前記逐次比較レジスタと、基準信号および前記逐次比較レジスタの出力信号を入力する前記ディジタル/アナログ変換器とを備えた逐次比較型であり、前記ディジタル/アナログ変換器は、前記基準信号として電位の異なる第1基準信号と第2基準信号とを入力し、前記第1基準信号と前記アナログ信号とを比較した結果に応じて、前記第1基準信号と前記第2基準信号とのいずれかを選ぶ選択手段を備えた、ことを特徴としている。最上位桁を決定するときに用いられる基準信号と、他の桁を決定するときに用いられる基準信号とで異なる基準信号を使用しているので、アナログ/ディジタル変換器から出力される信号波形の傾きを中間点で変えることができる。この中間点は温度補償回路を備えた温度補償発振回路の動作温度範囲の中心温度に対応するので、アナログ/ディジタル変換器から出力される信号波形の傾きを中心温度よりも低温側と高温側とで変えることができる。これにより圧電振動子の左右非対称な周波数温度特性にあわせた温度補償を行うことができる。 The temperature detection unit includes a temperature sensor that measures an ambient temperature of the piezoelectric vibrator, and an analog / digital converter that converts an analog signal output from the temperature sensor into a digital signal. The analog / digital converter Is a comparator for inputting the analog signal and the output signal of the digital / analog converter, the successive approximation register connected to the comparator, and the digital / analog for inputting the reference signal and the output signal of the successive approximation register. A successive approximation type comprising a converter, wherein the digital / analog converter inputs a first reference signal and a second reference signal having different potentials as the reference signal, and the first reference signal and the analog signal Selection means for selecting one of the first reference signal and the second reference signal according to the result of comparing It is characterized in that. Since different reference signals are used for the reference signal used to determine the most significant digit and the reference signal used to determine other digits, the signal waveform output from the analog / digital converter The slope can be changed at the midpoint. Since this intermediate point corresponds to the center temperature of the operating temperature range of the temperature compensated oscillation circuit provided with the temperature compensation circuit, the slope of the signal waveform output from the analog / digital converter is changed between the lower temperature side and the higher temperature side than the center temperature. Can be changed. This makes it possible to perform temperature compensation that matches the asymmetric frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator.
前記温度検出部は、前記圧電振動子の周囲温度を測定する温度センサと、前記温度センサから出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ/ディジタル変換器とを備え、前記アナログ/ディジタル変換器は、前記アナログ信号を入力する積分回路と、前記積分回路に接続した放電回路と、前記放電回路に接続したカウンタとを備えた2重積分型であり、前記放電回路は、カウンタの出力信号に応じて放電電流を調整する電流調整回路を後段に備えた、ことを特徴としている。最上位桁によって放電電流を変化させるので、アナログ/ディジタル変換器から出力される信号波形の傾きを中間点で変えることができる。この中間点は温度補償回路を備えた温度補償発振回路の動作温度範囲の中心温度に対応するので、アナログ/ディジタル変換器から出力される信号波形の傾きを中心温度よりも低温側と高温側とで変えることができる。これにより圧電振動子の左右非対称な周波数温度特性にあわせた温度補償を行うことができる。 The temperature detection unit includes a temperature sensor that measures an ambient temperature of the piezoelectric vibrator, and an analog / digital converter that converts an analog signal output from the temperature sensor into a digital signal. The analog / digital converter Is a double integration type comprising an integration circuit for inputting the analog signal, a discharge circuit connected to the integration circuit, and a counter connected to the discharge circuit. A current adjustment circuit that adjusts the discharge current accordingly is provided in the subsequent stage. Since the discharge current is changed by the most significant digit, the slope of the signal waveform output from the analog / digital converter can be changed at the intermediate point. Since this intermediate point corresponds to the center temperature of the operating temperature range of the temperature compensated oscillation circuit provided with the temperature compensation circuit, the slope of the signal waveform output from the analog / digital converter is changed between the lower temperature side and the higher temperature side than the center temperature. Can be changed. This makes it possible to perform temperature compensation that matches the asymmetric frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator.
前記周波数調整手段は、コンデンサとスイッチとを直列接続した回路を並列に複数接続した容量アレイであることを特徴としている。この容量緩急方式は、容量アレイの容量値を補償信号に応じて変化させて、圧電振動子の発振周波数を調整している。これにより圧電振動子の周波数温度特定を温度補償することができる。 The frequency adjusting means is a capacitance array in which a plurality of circuits in which capacitors and switches are connected in series are connected in parallel. In this capacity slow / fast method, the capacitance value of the capacitor array is changed according to the compensation signal to adjust the oscillation frequency of the piezoelectric vibrator. As a result, it is possible to compensate for the frequency temperature of the piezoelectric vibrator.
前記周波数調整手段は、分周器を備えた論理緩急回路であることを特徴としている。この論理緩急方式は、分周器の分周比を補償信号に応じて変化させて、発振信号の周波数を変化させている。これにより圧電振動子の周波数温度特性を温度補償することができる。 The frequency adjusting means is a logic slow / fast circuit provided with a frequency divider. In this logical slow / fast method, the frequency division ratio of the frequency divider is changed according to the compensation signal to change the frequency of the oscillation signal. Thereby, temperature compensation of the frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibrator can be performed.
温度補償された前記圧電振動子の発振周波数の出力段に、計時回路を備えたことを特徴としている。この計時回路により時計やカレンダーの表示や出力をすることができるので、リアルタイムクロックを構成することができる。 A temperature measuring circuit is provided at the output stage of the oscillation frequency of the temperature-compensated piezoelectric vibrator. Since this clock circuit can display and output a clock and calendar, a real-time clock can be configured.
前記変換処理部と前記周波数調整手段との間に、前記補償信号の情報を入力して、新たな前記補償信号が入力されるまで前記情報を記憶保持するラッチを設けたことを特徴としている。ラッチの前段に接続されている温度検出部および変換処理部を間欠動作させても、ラッチから連続的に補償信号を出力することができる。したがって温度検出部および変換処理部を間欠動作させることにより、電力消費量を削減することができる。 A latch is provided between the conversion processing unit and the frequency adjusting means for inputting information on the compensation signal and storing and holding the information until a new compensation signal is input. Even if the temperature detection unit and the conversion processing unit connected to the preceding stage of the latch are operated intermittently, the compensation signal can be continuously output from the latch. Therefore, the power consumption can be reduced by intermittently operating the temperature detection unit and the conversion processing unit.
前記圧電振動子は、2次関数で近似される周波数温度特性を有することを特徴としている。これにより温度補償回路を備えた温度補償発振回路は、2次関数で近似される圧電振動子の周波数温度特性に上述した温度補償を適用すると、正確に温度補償を行うことができる。 The piezoelectric vibrator has a frequency temperature characteristic approximated by a quadratic function. As a result, the temperature compensated oscillation circuit having the temperature compensation circuit can accurately perform temperature compensation when the above-described temperature compensation is applied to the frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibrator approximated by a quadratic function.
以下に、温度補償回路を備えた温度補償発振回路および電子機器の最良の実施形態について説明する。温度補償回路を備えた温度補償発振回路は、温度補償圧電発振器やリアルタイムクロックを構成することができる。したがって以下の実施形態では、温度補償圧電発振器を構成した形態について説明する。 In the following, a best embodiment of a temperature-compensated oscillation circuit and an electronic device including a temperature compensation circuit will be described. A temperature compensated oscillation circuit including a temperature compensation circuit can constitute a temperature compensated piezoelectric oscillator or a real time clock. Therefore, in the following embodiment, a configuration in which a temperature compensated piezoelectric oscillator is configured will be described.
まず第1の実施形態について説明する。図1は温度補償圧電発振器のブロック図である。図2は変換論理回路の説明図である。図3は容量アレイの説明図である。第1の実施形態に係る温度補償圧電発振器10は、2次関数で近似される周波数温度特性を有する圧電振動子12を有している。圧電振動子12は、例えば音叉型圧電振動子や弾性表面波共振子、BTカット圧電振動子等であればよい。この圧電振動子12には、この振動子12を発振させるための発振回路14が接続されている。また発振回路14には、圧電振動子12の発振周波数を調整するための周波数調整手段となる容量アレイ16が設けられている。容量アレイ16は、容量値の異なる複数のコンデンサ18を並列に接続し、これらのコンデンサ18にそれぞれスイッチ20が接続されたものである。
First, the first embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram of a temperature compensated piezoelectric oscillator. FIG. 2 is an explanatory diagram of the conversion logic circuit. FIG. 3 is an explanatory diagram of the capacitor array. The temperature compensated
また温度補償圧電発振器10は、圧電振動子12の周囲温度を測定し、当該測定結果を温度検出信号として出力する温度検出部22を備えている。具体的には、温度検出部22は、圧電振動子12の周囲温度を測定し、測定結果をアナログ信号で出力する温度センサ24と、入力した前記アナログ信号をディジタル信号に変換して出力するアナログ/ディジタル(A/D)変換器26とを備えている。したがって温度検出部22から出力される温度検出信号はディジタル信号となる。
The temperature compensated
この温度検出部22の後段には、温度補償圧電発振器10の動作温度範囲内において圧電振動子12の周波数温度特性を温度補償する変換処理部28が接続されている。この変換処理部28は変換論理回路30で構成され、前記温度検出信号を論理演算して温度補償の信号(補償信号)を出力するものである。変換論理回路30は、A/D変換器26の出力ビット数に応じた数の入力を有し、最上位桁とそれ以下の桁とを入力する排他的論理和で構成された折り返し回路32と、この折り返し回路32から出力される信号を入力する否定論理積および論理積で構成された抑制回路34とを備えている。
A conversion processing unit 28 for temperature compensating the frequency temperature characteristic of the
具体的には、折り返し回路32はA/D変換器26の出力ビット数に応じた入力IN0〜IN5を有し、最上位桁IN5とそれ以下の桁IN4,IN3,…IN0とを入力する排他的論理和EXOR0〜EXOR4を備えている。そして抑制回路34は、排他的論理和EXOR2〜EXOR4の出力信号を入力する否定論理積NANDと、否定論理積NANDの出力信号と排他的論理和EXOR0の出力信号とを入力する論理積AND0と、否定論理積NANDの出力信号と排他的論理和EXOR1の出力信号とを入力する論理積AND1とを備えている。なお本実施形態では6ビットの変換論理回路30を示しているが、ビット数は6ビットに限定されることはない。
Specifically, the
このような折り返し回路32は、温度補償圧電発振器10の動作温度範囲の中心温度よりも大きい信号を反転処理するものであり、また抑制回路34は、前記動作温度範囲の中心温度を含む所定の範囲内の信号を抑制するものである。
Such a
そして温度補償回路は、温度検出部22および変換処理部28から構成されている。この変換処理部28の後段は発振回路14に接続され、前記補償信号は容量アレイ16に設けられた各スイッチ20のON/OFF制御を行って、容量アレイ16の容量値(素子値)を変化させる。また補償信号の値と、容量アレイ16の各スイッチ20をON/OFF制御する値(容量アレイ16の容量値)とは1対1に対応付けられている。
The temperature compensation circuit includes a temperature detection unit 22 and a conversion processing unit 28. The subsequent stage of the conversion processing unit 28 is connected to the
次に、第1の実施形態に係る温度補償圧電発振器10の動作について説明する。図4はA/D変換器26、折り返し回路32および抑制回路34の入力信号と出力信号との関係を示す信号波形の説明図である。なお図4(b),(c)の横軸に示す入力信号は、変換論理回路30への入力信号を表している。まず温度センサ24は、圧電振動子12の周囲温度を測定し、この測定結果をアナログ信号で出力する。A/D変換器26は、アナログ信号をディジタル信号に変換する。このとき温度補償圧電発振器10の動作温度範囲は、A/D変換によって所定のステップに分割され、本実施の形態では64段階に分割されている。このときA/D変換器26における入力信号と出力信号との関係は、図4(a)に示すようになる。そして、例えば温度補償圧電発振器10の動作温度範囲が−30℃〜80℃であり、中心温度が25℃の場合、これを6ビットで分割すると1ステップあたり約1.7℃となる。なお温度センサ24において測定温度と出力信号との関係にバラツキがある場合は、A/D変換器26に温度センサ24のバラツキを調整するオフセット回路やフルスケール回路を設けることにより、A/D変換器26からの出力にバラツキを無くすことが可能になる。
Next, the operation of the temperature compensated
A/D変換器26から出力されたディジタル信号は、変換論理回路30の折り返し回路32に入力される。この折り返し回路32により、図4(b)に示すように、温度補償圧電発振器10の動作温度範囲の中心温度よりも大きい信号が反転処理される。例えば、温度補償圧電発振器10の動作温度範囲が−30℃〜80℃であり、中心温度を25℃とすると、25℃よりも大きい信号、すなわち6ビットでA/D変換したディジタル信号の10進数標記で32よりも大きい入力値が反転処理される。したがって折り返し回路32の入力信号と出力信号との関係は、入力値32を中心とした線対称となり、形状は三角形となる。
The digital signal output from the A /
折り返し回路32から出力された信号は抑制回路34に入力される。この抑制回路34により、図4(c)に示すように、動作温度範囲の中心温度を含む所定の温度範囲内(入力値範囲内)の信号が抑制(平坦化)される。例えば、温度補償圧電発振器10の動作温度範囲が−30℃〜80℃とし、中心温度を25℃とした場合、6ビットでA/D変換した後の中心温度は10進数標記で32となり、所定の温度範囲(入力値範囲)を10進数標記で28〜35とすると、この28〜35範囲の信号が入力されると同じ値を出力する。このように抑制回路34は、所定の温度範囲内の信号が入力されると一定の値を出力するように抑制するので、抑制回路34の入力信号と出力信号との関係は、所定の温度範囲が平坦(平坦領域)となり、全体として台形になる。
The signal output from the
この抑制回路34から出力される信号は、変換論理回路30から出力される補償信号となる。そして補償信号は容量アレイ16のアドレス値、すなわち容量アレイ16の各スイッチ20をON/OFFさせて所望の容量値を得るための制御信号となる。そして補償信号に応じて容量アレイ16の容量値を調整することにより、圧電振動子12の発振周波数が調整されて、周波数温度特性の周波数偏差が零になるように温度補償される。
The signal output from the
図5は温度補償圧電発振器10の周波数温度特性である。なお図5の実線は温度補償圧電発振器10の周波数温度特性であり、破線は圧電振動子12の周波数温度特性である。補償信号は、図4(c)に示すように、前記平坦領域内の入力信号に対しては同じ値の信号を出力するので、容量アレイ16の容量値は同じになる。したがって圧電発振器の周波数温度特性は、前記平坦領域内では圧電振動子12の周波数温度特性と同様の形状になる。
FIG. 5 shows frequency temperature characteristics of the temperature compensated
前記平坦領域の外側では、補償信号に応じて容量値が調整されるので、この容量値に応じて圧電振動子12の周波数温度特性が温度補償される。そして平坦領域の外側では、ディジタル方式により温度補償をしているので、温度補償圧電発振器10の動作温度範囲を複数に分割したステップ毎に温度補償圧電発振器10の周波数温度特性が裁断される。すなわち温度補償後の周波数温度特性は連続的にはならず、前記ステップ毎に断片化されている。なお温度補償圧電発振器10の動作温度範囲を分割するビット数を大きくすれば、ビットのステップ毎の振幅は小さくなる。
Since the capacitance value is adjusted according to the compensation signal outside the flat region, the frequency temperature characteristic of the
このように第1の実施形態に係る温度補償圧電発振器10は、簡単な変換論理回路30を用いることで、温度センサ24が測定した温度に応じて容量アレイ16の容量値を調整することができる。この変換論理回路30は、小規模な集積回路(IC)チップで形成することができるので、前記ICチップの製造コストを低減することができる。また温度補償を行うために、温度センサで測定した温度と容量アレイの容量値との対応付けをメモリに記憶する必要がないので、この対応付けるデータの書き込み時間を削減することができる。したがって温度補償圧電発振器10の製造コストも低減することができる。さらに変換論理回路30は小型化できるので、温度補償圧電発振器10も小型化することができる。
As described above, the temperature compensated
また本実施形態に係る温度補償圧電発振器10は、温度と容量値とを対応付けるための温度補償データを取得する必要がないので、温度補償データを取得するための時間を削減することができる。
さらに本実施形態に係る温度補償圧電発振器10は、簡単な変換論理回路30であるために低消費電力化することができる。
In addition, since the temperature compensated
Furthermore, since the temperature compensated
なお温度補償圧電発振器10の温度補償を高精度化するためには、変換処理部28に入力されるディジタル信号のビット数を大きくすればよい。すなわち温度補償圧電発振器10の動作温度範囲を細かいステップで分割すればよい。このためには、変換論理回路を次の構成にすればよい。図6はビット数を増やした変換論理回路の説明図である。変換論理回路30は、ビット数を大きくする場合、図2に示す変換論理回路30の下側に排他的論理和と論理積とを増やしていけばよい。具体的には、変換論理回路30は、折り返し回路32および抑制回路34を備えた構成である。前記折り返し回路32は、A/D変換器26の出力ビット数に応じた数の入力IN0〜INnを有し、最上位桁INnとそれ以下の桁INn−1,INn−2,…IN0とを入力する排他的論理和EXOR0〜EXORn−1を備えている。そして前記抑制回路34は、排他的論理和EXORn−3〜EXORn−1の出力信号を入力する否定論理積NAND、および否定論理積NANDの出力と排他的論理積EXORn−4〜EXOR0の桁の1つとを入力する論理積AND0〜ANDn−4を備えている。この抑制回路34からは、補償信号OUT0〜OUTn−1が出力される。このように変換論理回路30を構成することにより、変換処理部28はビット数を大きくすることができ、温度補償圧電発振器10の温度補償を高精度化できる。
In order to improve the temperature compensation of the temperature compensated
次に、第2の実施形態ついて説明する。第2の実施形態では、第1の実施形態に係る温度補償発振器の変形例について説明する。具体的には、第2の実施形態に係る温度補償圧電発振器は、第1の実施形態に係る温度補償圧電発振器と比較して変換論理回路の構成が異なっているので、主に変換論理回路の構成について説明する。なお第1の実施形態に係る温度補償圧電発振器と同構成の部分には同番号を付し、その説明を省略または簡略する。第2の実施形態に係る温度補償圧電発振器10は、温度センサ24およびA/D変換器26を備えた温度検出部22と、変換論理回路80を備えた変換処理部28と、圧電振動子12を備えた発振回路14とを備えた構成である(図1を参照)。
Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, a modification of the temperature compensated oscillator according to the first embodiment will be described. Specifically, the temperature-compensated piezoelectric oscillator according to the second embodiment is different from the temperature-compensated piezoelectric oscillator according to the first embodiment in the configuration of the conversion logic circuit. The configuration will be described. In addition, the same number is attached | subjected to the part of the same structure as the temperature compensation piezoelectric oscillator which concerns on 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted or simplified. The temperature compensated
図7は第2の実施形態に係る変換論理回路の説明図である。変換論理回路80は、折り返し回路32および抑制回路82を備えている。折り返し回路32は、温度検出部22から出力された温度検出信号(ディジタル信号)を入力して、温度補償圧電発振器10の動作温度範囲の中心温度よりも値の大きいディジタル信号を反転処理するものである。また抑制回路82は、折り返し回路32から出力された信号を入力し、この信号が前記動作温度範囲の中心温度を含む所定の範囲内であれば前記信号を抑制して同値の補償信号を出力し、この信号が範囲外であれば前記信号を補償信号として出力するものである。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a conversion logic circuit according to the second embodiment. The
具体的には、折り返し回路32は、A/D変換器26の出力ビット数に応じた入力IN0〜IN5を有し、最上位桁IN5とそれ以下の桁IN4,IN3,…IN0とを入力する排他的論理和EXOR0〜EXOR4を備えている。抑制回路82は、折り返し回路32から出力される信号を入力するセレクタ84およびマグニチュードコンパレータ86を備えている。また抑制回路82には、前記動作温度範囲の中心温度を含む所定の範囲内であれば同じ値を出力するように抑制値e0〜e4が予め設定されており、この抑制値はセレクタ84およびマグニチュードコンパレータ86に入力される。
Specifically, the
そしてマグニチュードコンパレータ86は、折り返し回路32から出力される信号と抑制値とを入力した後、どちらの値が大きいかを比較判定し、当該判定結果をセレクタ84に出力するものである。またセレクタ84は、マグニチュードコンパレータ86からの当該判定結果を入力し、当該判定結果に基づいて前記信号および前記抑制値のいずれか一方を出力するものである。なお本実施形態では6ビットの変換論理回路80を示しているが、ビット数は6ビットに限定されることはない。
The
次に、変換論理回路80の動作について説明する。A/D変換器26から出力された温度補償信号(ディジタル信号)は、変換論理回路80の折り返し回路32に入力される。この折り返し回路32により、温度補償圧電発振器10の動作温度範囲の中心温度よりも大きい値のディジタル信号が反転処理される(図4(b)を参照)。
Next, the operation of the
折り返し回路32から出力された信号は抑制回路82に入力される。すなわち前記信号は、セレクタ84およびマグニチュードコンパレータ86に入力される。また抑制回路82には、抑制値が予め設定されており、この抑制値もセレクタ84およびマグニチュードコンパレータ86に入力される。なお抑制値は、図4(c)に示す出力値αであり、平坦領域における抑制回路82の出力値である。したがってマグニチュードコンパレータ86は、折り返し回路32から出力された信号と抑制値とを比較して、前記信号が抑制値よりも小さければ、セレクタ84に対して前記信号を選択するように当該判定結果を出力する。セレクタ84は、当該判定結果に基づいて、入力されている前記信号と抑制値とから前記信号を選択し、これを抑制回路82の出力信号OUT0〜OUT4として出力する。またマグニチュードコンパレータ86は、前記信号と抑制値とを比較して、前記信号が抑制値よりも大きければ、セレクタ84に対して抑制値を選択するように当該判定結果を出力する。セレクタ84は、当該判定結果に基づいて、入力されている前記信号と抑制値とから抑制値を選択し、これを抑制回路82の出力信号OUT0〜OUT4として出力する。
The signal output from the
このような変換論理回路80では、抑制値を任意の値に設定することができるので、平坦領域における変換論理回路80の出力信号OUT0〜OUT4の値を任意に設定することができ、平坦領域の幅も任意に設定することができる。したがって変換論理回路80の出力信号OUT0〜OUT4を細かく設定できるので、圧電振動子12の周波数温度特性に応じて高精度に温度補償ができる。
In such a
なおA/D変換器の出力ビット数が任意の数の場合には、変換論理回路80を次のような構成にすればよい。図8は任意のビット数が入力される変換論理回路の説明図である。変換論理回路80は、A/D変換器26から任意のビット数の信号を入力する場合、折り返し回路32から出力される信号のビット数に応じたビット数の抑制値を設定すればよい。
When the number of output bits of the A / D converter is an arbitrary number, the
具体的には、折り返し回路32は、前記ディジタル信号の最上位桁INnと上位から2桁目以下の桁INn−1,…IN0とを入力する排他的論理和EXORn−1〜EXOR0を備えている。また抑制回路82は、折り返し回路32から出力される信号bn−1〜b0と、この信号と同じビット数に設定された抑制値en−1〜e0とを入力するマグニチュードコンパレータ86およびセレクタ84を備えている。そしてマグニチュードコンパレータ86は、信号bn−1〜b0と抑制値en−1〜e0とを比較して、信号bn−1〜b0が抑制値en−1〜e0よりも小さな値であれば、セレクタ84に対して信号bn−1〜b0を選択するように判定結果を出力する。セレクタ84は、この判定結果に基づいて信号bn−1〜b0を選択し、これを変換論理回路80の出力信号OUTn−1〜OUT0として出力する。またマグニチュードコンパレータ86は、信号bn−1〜b0と抑制値en−1〜e0とを比較して、信号bn−1〜b0が抑制値en−1〜e0よりも大きな値であれば、セレクタ84に対して抑制値en−1〜e0を選択するように判定結果を出力する。セレクタ84は、この判定結果に基づいて抑制値en−1〜e0を選択し、これを変換論理回路80の出力信号OUTn−1〜OUT0として出力する。
このような変換論理回路80の構成にすることにより、変換論理回路80は、A/D変換器26から出力される任意のビット数の温度補償信号INn〜IN0に対応して、補償信号OUTn−1〜OUT0を出力することができる。
Specifically, the
By adopting such a configuration of the
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態では、第1,第2の実施形態に係る温度補償圧電発振器の変形例について説明するので、第1,第2の実施形態に係る温度補償圧電発振器と同構成の部分には同番号を付し、その説明を省略または簡略する。通常、圧電振動子12の周波数温度特性は頂点温度を基準として左右非対称な2次曲線であり、頂点温度を基準とした低温側の周波数温度特性(左側の曲線)は、高温側の周波数温度特性(右側の曲線)よりもなだらかである。このため第3の実施形態に係る温度補償圧電発振器10は、より高精度な温度補償を行うために、左右非対称な圧電振動子12の周波数温度特性にあわせて温度補償を行う構成となっている。すなわち第3の実施形態に係る温度補償圧電発振器10は、温度センサ24およびA/D変換器42を備えた温度検出部22と、変換論理回路30,80を備えた変換処理部28と、圧電振動子12を備えた発振回路14とを備えた構成である(図1を参照)。温度センサ24、変換論理回路30,80、圧電振動子12および発振回路14は、第1,第2の実施形態で説明したものと同構成であればよい。そして圧電振動子12の周波数温度特性にあわせた温度補償を行うために、A/D変換器42は逐次比較型A/D変換器42aまたは2重積分型A/D変換器42bを用いればよい。
Next, a third embodiment will be described. In the third embodiment, since a modified example of the temperature compensated piezoelectric oscillator according to the first and second embodiments will be described, a part having the same configuration as the temperature compensated piezoelectric oscillator according to the first and second embodiments is included. The same reference numerals are assigned, and the description thereof is omitted or simplified. Usually, the frequency temperature characteristic of the
次に、逐次比較型A/D変換器42aについて説明する。図9は逐次比較型A/D変換器の説明図である。逐次比較型A/D変換器42aは、温度センサ24から出力されるアナログ信号を入力するサンプル/ホールド(S/H)回路44を備えている。このS/H回路44の後段には、S/H回路44から出力される信号とディジタル/アナログ(D/A)変換器46の出力信号とを入力する比較器48が設けられている。比較器48の後段には、比較器48から出力される信号を入力して、ビットの最上位桁から最下位桁までを出力する逐次比較レジスタ50を備えている。この逐次比較レジスタ50の後段には、この逐次比較レジスタ50から出力される信号、および基準信号として電位の異なる第1基準信号Vr0と第2基準信号Vr1とを入力するD/A変換器46が設けられている。
Next, the successive approximation A / D converter 42a will be described. FIG. 9 is an explanatory diagram of a successive approximation A / D converter. The successive approximation A / D converter 42 a includes a sample / hold (S / H)
D/A変換器46は、第1基準信号Vr0と第2基準信号Vr1とを入力する回路を備え、これらの回路の先端に第1基準信号Vr0と第2基準信号Vr1とのいずれかを選ぶ選択手段52が設けられている。選択手段52は、逐次比較レジスタ50から出力される最上位桁d5の信号に応じて第1基準信号Vr0と第2基準信号Vr1とのいずれかを選択するものである。具体的には、選択手段52は、最上位桁d5が2進数標記で「0」の場合に第1基準信号Vr0を選択し、最上位桁d5が2進数標記で「1」の場合に第2基準信号Vr1を選択するものである。この選択手段52の前段における第1基準信号Vr0の回路には、抵抗Rが並列接続されている。また選択手段52の後段に、抵抗値の異なる複数の抵抗2R,4R,8R,16R,32Rが並列接続されている。そして各抵抗R〜32Rの前段には、逐次比較レジスタ50から出力される信号に応じてON/OFF制御されるスイッチ54が設けられている。具体的には、スイッチ54は、各桁d0〜d5が2進数標記で「0」の場合には開放となり、各桁d0〜d5が2進数標記で「1」の場合には短絡となるものである。なお抵抗の数は上述した形態に限定されることはない。さらに、これらの抵抗R〜32Rの後段には、積分器56が設けられている。
The D / A converter 46 includes a circuit for inputting the first reference signal Vr0 and the second reference signal Vr1, and selects either the first reference signal Vr0 or the second reference signal Vr1 at the tip of these circuits. A selection means 52 is provided. The selection means 52 selects either the first reference signal Vr0 or the second reference signal Vr1 according to the signal of the most significant digit d5 output from the
次に、上述した逐次比較型A/D変換器42aの変換動作について説明する。まず温度センサ24から出力されたアナログ信号は、S/H回路44を介して比較器48に入力される。すると最上位桁d5を「1」として、D/A変換器46に2進数標記で「100000」の信号が入力される。この信号により、選択手段52は第2基準信号Vr1を選択するとともに、最上位桁d5によって制御されるスイッチ54が短絡される。なお逐次比較レジスタ50から出力される桁d0〜d4の信号によって制御されるスイッチ54は開放される。そしてD/A変換器46から出力される信号Vcは、Vc=Vr0の電位信号が出力される。この出力信号Vcと前記アナログ信号の電位とを比較して、アナログ信号の電位が出力信号Vcに比べて高ければ最上位桁d5は「1」となり、低ければ「0」となる。
Next, the conversion operation of the successive approximation A / D converter 42a will be described. First, an analog signal output from the
次に逐次比較レジスタ50から出力される桁d4を「1」として、D/A変換器46に2進数標記で「110000」または「010000」が入力される。この場合、最上位桁d5が「1」ならば「110000」が入力され、最上位桁d5が「0」ならば「010000」が入力される。2進数標記で「110000」が入力される場合、選択手段52は第2基準信号Vr1を選択するとともに、逐次比較レジスタ50から出力される桁d5,d4の信号によって制御されるスイッチ54は短絡される。そしてD/A変換器46から出力される信号Vcは、Vc=Vr0+(d4/2)×Vr1の電位信号が出力される。この出力信号Vcと前記アナログ信号の電位とを比較して、アナログ信号の電位が出力信号Vcに比べて高ければ桁d4は「1」となり、低ければ「0」となる。また2進数標記で「010000」が入力される場合、選択手段52は第1基準信号Vr0を選択するとともに、逐次比較レジスタ50から出力される桁d5の信号によって制御されるスイッチ54を開放し、桁d4の信号によって制御されるスイッチ54を短絡する。そしてD/A変換器46から出力される信号Vcは、Vc=(d4/2)×Vr0の電位信号が出力される。この出力信号Vcと前記アナログ信号の電位とを比較して、アナログ信号の電位が出力信号Vcに比べて高ければ桁d4は「1」となり、低ければ「0」となる。なお、これ以下の桁d3〜d0は、上述した動作と同様にして「0」または「1」が決定される。
Next, the digit d4 output from the
次に、逐次比較型A/D変換器42aの具体的な動作の一例を説明する。図10は逐次比較型のA/D変換動作の一例を説明する図である。図10の縦軸はD/A変換器46の出力信号Vcの電位を表し、横軸はディジタル信号の各桁を表す。比較器48にアナログ信号が入力されると、逐次比較レジスタ50から「100000」の信号が出力されるので、D/A変換器46から出力信号Vc=Vr0の電位信号が出力される。このアナログ信号と出力信号Vcとを比較するとアナログ信号が出力信号Vcより大きいので、最上位桁d5が「1」と決定される。次に、逐次比較レジスタ50から「110000」の信号が出力され、D/A変換器46から出力信号Vc=Vr0+(d4/2)×Vr1の電位信号が出力される。このときアナログ信号は出力信号Vcよりも小さいので、逐次比較レジスタ50から出力される桁d4が「0」となる。そして、このような動作を繰り返していくと各桁d3〜d0が順次決定され、図10に示す場合は「100101」となる。
Next, an example of a specific operation of the successive approximation A / D converter 42a will be described. FIG. 10 is a diagram for explaining an example of the successive approximation type A / D conversion operation. The vertical axis in FIG. 10 represents the potential of the output signal Vc of the D / A converter 46, and the horizontal axis represents each digit of the digital signal. When an analog signal is input to the
このように、電位の異なる第1基準信号Vr0と第2基準信号Vr1と用いると、最上位桁d5が「0」および「1」のいずれかによって出力信号Vcの電位が異なることになる。すなわち選択手段52において第1基準信号Vr0が選択される場合と、第2基準信号Vr1が選択される場合とで、アナログ信号の比較対照となる電位が異なることになる。また出力信号Vc=Vr0となる位置は、A/D変換器42aに入力される信号の中心点(温度補償圧電発振器10の動作温度範囲の中心温度)となる。したがってA/D変換器42aの入力信号と出力信号との関係は、図11の実線に示すような信号波形となる。
As described above, when the first reference signal Vr0 and the second reference signal Vr1 having different potentials are used, the potential of the output signal Vc differs depending on whether the most significant digit d5 is “0” or “1”. That is, the potential used as a comparison reference for the analog signal differs between the case where the
次に、2重積分型A/D変換器42bについて説明する。図12は2重積分型A/D変換器の説明図である。2重積分型A/D変換器42bは、温度センサ24から出力されるアナログ信号を入力する積分回路60を備えている。積分回路60は、例えば図12に示すようなRC積分回路60とすると、抵抗Rの後段にスイッチ62が設けられ、コンデンサCが積分回路60の後段に接続される回路と必ず導通する構成となっている。また積分回路60には、スイッチ64および電流調整回路66を備えた放電回路68と、比較器70とが並列に接続されている。この比較器70の後段には、クロック信号を入力して、ビットの最上位桁から最下位桁までの各桁d5〜d0を出力するカウンタ72が設けられている。そして最上位桁d5を出力する回路は、電流調整回路66に接続されている。
Next, the double integration type A /
次に、上述した2重積分型A/D変換器42bの変換動作について説明する。図13は2重積分型のA/D変換動作の説明図である。まず積分回路60に設けられたスイッチ62を一定時間短絡させるとともに、放電回路68に設けられたスイッチ64を開放させると、温度センサ24から出力されたアナログ信号は積分される。このとき積分回路60のコンデンサCには、入力電圧と時間に比例した電荷が蓄えられる。そして一定時間経過後、積分回路60に設けられたスイッチ62を開放させる。また放電回路68に設けられたスイッチ64を短絡させるのと同時に、カウンタ72の計数を開始させる。これにより積分回路60のコンデンサCに充電された電荷が定電流I1で放電回路68に流れ、コンデンサCが放電される。この放電時間をカウンタ72で計数することにより各ビットの桁d0〜d5が決定される。このとき放電時間がフルスケールFSRの1/2を超えると最上位桁d5は「1」に決定されるが、この最上位桁が決定された時点で放電電流を定電流I2に切り換える。すなわち最上位桁d5が「1」に決定されると、カウンタ72から出力された信号が放電回路68の電流調整回路66に入力され、定電流I1を定電流I2に切り換える。なお図13では、フルスケールFSRは定電流I1で放電しつづけるときの放電時間を示している。また電流調整回路66は、電流を切り換える動作を有するものであればよく、例えばカレントミラー回路等で構成すればよい。これによりコンデンサCに充電された電荷が定電流I2で放電回路68に流れ、コンデンサCを放電させる。そしてコンデンサCの放電が終了するとカウンタ72は計数を止め、各桁d0〜d5が決定される。
Next, the conversion operation of the above-mentioned double integration type A /
このようにカウンタ72の計数がフルスケールFSRの1/2を超える場合(図13の実線を参照)は、コンデンサCは定電流I1と定電流I2で放電され、カウンタ72の計数がフルスケールFSRの1/2を超えない場合(図13の破線を参照)は、コンデンサCは定電流I1のみで放電される。またフルスケールFSRの1/2となる位置は、A/D変換器42bに入力される信号の中心点(温度補償圧電発振器10の動作温度範囲の中心温度)となる。したがってA/D変換器42bの入力信号と出力信号との関係は、逐次比較型のA/D変換器42aと同様に、図11の実線に示すような信号波形となる。
Thus, when the count of the counter 72 exceeds 1/2 of the full scale FSR (see the solid line in FIG. 13), the capacitor C is discharged with the constant current I1 and the constant current I2, and the count of the counter 72 is the full scale FSR. Is not exceeded (see the broken line in FIG. 13), the capacitor C is discharged only by the constant current I1. Further, the position that is ½ of the full scale FSR is the center point of the signal input to the A /
次に、変換処理部28の動作について説明する。上述した逐次比較型または2重積分型のA/D変換器42から出力されるディジタル信号は、変換処理部28に設けられた変換論理回路30,80に入力される。変換論理回路30,80は、第1,第2の実施形態で説明した変換論理回路と同構成であり、折り返し回路32および抑制回路34,82を備えている。図14は折り返し回路32および抑制回路34,82の入力信号と出力信号との関係を示す図である。前記折り返し回路32は、図14(a)の実線に示すように、温度補償圧電発振器10の動作温度範囲の中心温度、すなわちA/D変換器42に入力される信号の中心温度よりも大きな値の信号を反転処理する。また前記抑制回路34,82は、図14(b)の実線に示すように、前記動作温度範囲の中心温度を含む所定の温度範囲内(入力値範囲内)の信号を抑制(平坦化)する。
そして変換処理部28から出力される補償信号に応じて容量アレイの容量値を調整すると、圧電振動子12の左右非対称な周波数温度特性にあわせた温度補償が可能になる。
Next, the operation of the conversion processing unit 28 will be described. The digital signal output from the successive approximation type or double integration type A /
When the capacitance value of the capacitance array is adjusted according to the compensation signal output from the conversion processing unit 28, temperature compensation in accordance with the left-right asymmetric frequency temperature characteristic of the
このように第3の実施形態に係る温度補償圧電発振器10は、A/D変換器42から出力される温度検出信号において動作温度範囲の中心温度の低温側と高温側とで信号波形の傾きをかえるので、左右非対称な圧電振動子12の周波数温度特性の高温部および低温部のそれぞれにあった温度補償を行うことができる。
また第3の実施形態に係る温度補償圧電発振器10は、第1,第2の実施形態にかかる温度補償圧電発振器10と同様の効果を奏することができる。
As described above, the temperature compensated
The temperature compensated
次に、第4の実施形態について説明する。第4の実施形態では、温度補償回路を備えた温度補償発振回路で温度補償圧電発振器を構成した例について説明する。図15は第4の実施形態に係る温度補償圧電発振器の説明図である。第4の実施形態に係る温度補償圧電発振器100は、第1〜第3の実施形態に係る温度補償圧電発振器と同様の構成であるが、変換論理回路30,80と発振回路14(容量アレイ16)との間にラッチ102が設けられている点で異なる。すなわち第4の実施形態に係る温度補償圧電発振器100は、温度センサ24、A/D変換器26,42、変換論理回路30,80、ラッチ102、圧電振動子12、容量アレイ16を備えた発振回路14および制御論理回路104を備えている。
Next, a fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, an example in which a temperature compensated piezoelectric oscillator is configured by a temperature compensated oscillation circuit provided with a temperature compensation circuit will be described. FIG. 15 is an explanatory diagram of a temperature compensated piezoelectric oscillator according to the fourth embodiment. The temperature compensated piezoelectric oscillator 100 according to the fourth embodiment has the same configuration as the temperature compensated piezoelectric oscillator according to the first to third embodiments, but includes the
ラッチ102は、変換論理回路30,80から出力される補償信号の情報を入力して、新たな補償信号が変換論理回路30,80から入力されるまで、前記情報を記憶保持するものである。すなわちラッチ102は、変換論理回路30,80から補償信号を1度入力すると、次の補償信号が入力されるまで、1回目に入力した補償信号を発振回路14(容量アレイ16)に出力し続けるものである。
The
したがって温度補償圧電発振器100は、制御論理回路104によって温度センサ24、A/D変換器26,42および変換論理回路30,80を制御して、温度センサ24で圧電振動子12の周囲温度を測定し、当該測定結果をA/D変換器26,42でディジタル信号に変換し、このディジタル信号を変換論理回路30,80で論理演算して補償信号をラッチ102に出力する動作を間欠的に行っても、ラッチ102に新たな補償信号が入力されるまで以前の補償信号を出力し続けるので、補償信号に応じて温度補償された周波数信号を連続して出力することができる。
そして温度センサ24、A/D変換器26,42、変換論理回路30,80を動作させると電力が消費されるが、前記動作を間欠的にすることで電力の消費量を削減することができる。
Therefore, the temperature compensated piezoelectric oscillator 100 controls the
When the
次に、第5の実施形態について説明する。第5の実施形態では、温度補償回路を備えた温度補償発振回路でリアルタイムクロックを構成した例について説明する。図16は第5の実施形態に係るリアルタイムクロックの説明図である。第5の実施形態に係るリアルタイムクロック110は、第4の実施形態に係る温度補償圧電発振器100の後段に計時回路112を設けた構成である。すなわちリアルタイムクロック110は、温度センサ24、A/D変換器26,42、変換論理回路30,80、ラッチ102、圧電振動子12、容量アレイ16を備えた発振回路14および制御論理回路104を備えており、発振回路14の後段に計時回路112が設けられている。
Next, a fifth embodiment will be described. In the fifth embodiment, an example in which a real-time clock is configured by a temperature-compensated oscillation circuit including a temperature compensation circuit will be described. FIG. 16 is an explanatory diagram of a real-time clock according to the fifth embodiment. The real-
計時回路112は、分周器114および時計・カレンダー回路116を備えている。分周器114は、発振回路14から出力された周波数信号を、所定の分周比で分周するものである。また時計・カレンダー回路116は、分周器114からの出力信号に基づいて時計またはカレンダーを表示または出力するものである。
The timer circuit 112 includes a
このリアルタイムクロック110の動作は次のようになる。すなわち制御論理回路104により温度センサ24、A/D変換器26,42および変換論理回路30,80を制御して、温度センサ24で圧電振動子12の周囲温度を測定する。そして当該測定結果をA/D変換器26,42でディジタル信号に変換し、このディジタル信号を変換論理回路30,80で論理演算し、ラッチ102を介して補償信号を容量アレイ16に出力する。容量アレイ16は補償信号に基づいて容量値を変化させて、圧電振動子12を温度補償する。これにより発振回路14から周波数信号が出力され、計時回路112で時計やカレンダーが表示または出力される。
The operation of the
このような容量緩急式のリアルタイムクロック110は、高精度に温度補償された前記周波数信号を用いて時計やカレンダーの表示や出力を行うことができる。またリアルタイムクロック110は、ラッチ102および制御論理回路104を備えているので、温度センサ24、A/D変換器26,42、変換論理回路30,80を間欠的に動作させても連続して前記周波数信号を出力することができ、電力の消費量を削減することができる。
Such a rapid and slow capacity real-
次に、第6の実施形態について説明する。第6の実施形態では、温度補償回路を備えた温度補償発振回路でリアルタイムクロックを構成した例について説明する。図17は第6の実施形態に係るリアルタイムクロックの説明図である。第6の実施形態に係るリアルタイムクロック120は、温度センサ24、A/D変換器26,42、変換論理回路30,80、ラッチ102および制御論理回路104を備えている。またリアルタイムクロック120は、圧電振動子12が接続された発振回路14を備えており、この発振回路14の後段およびラッチ102の後段に計時回路122が設けられている。
Next, a sixth embodiment will be described. In the sixth embodiment, an example in which a real-time clock is configured by a temperature compensated oscillation circuit including a temperature compensation circuit will be described. FIG. 17 is an explanatory diagram of a real-time clock according to the sixth embodiment. The real-
計時回路122は、論理緩急回路124および時計・カレンダー回路126を備えており、論理緩急回路124は、ラッチ102の後段および発振回路14の後段に接続されている。この論理緩急回路124は、分周器を備えており、ラッチ102から出力された補償信号に基づいて分周比を変化させ、発振回路14から出力された発振信号の周波数を変化させるものである。すなわち論理緩急回路124は、分周比を変化させることによって、圧電振動子12を温度補償するものである。
The timing circuit 122 includes a logic slow /
このリアルタイムクロック120の動作は次のようになる。すなわち制御論理回路104により温度センサ24、A/D変換器26,42および変換論理回路30,80を制御して、温度センサ24で圧電振動子12の周囲温度を測定する。そして当該測定結果をA/D変換器26,42でディジタル信号に変換し、このディジタル信号を変換論理回路30,80で論理演算し、ラッチ102を介して補償信号を論理緩急回路124に出力する。論理緩急回路124は補償信号に基づいて分周比を変化させて、圧電振動子12の発振周波数を温度補償する。これにより圧電振動子12の発振周波数が温度補償され、当該周波数信号が時計・カレンダー回路126に入力されて時計やカレンダーが表示または出力される。
The operation of the
このような論理緩急式のリアルタイムクロック120は、高精度に温度補償された前記周波数信号を用いて時計やカレンダーの表示や出力を行うことができる。またリアルタイムクロック120は、ラッチ102および制御論理回路104を備えているので、温度センサ24、A/D変換器26,42、変換論理回路30,80を間欠的に動作させても連続して補償信号を出力することができ、電力の消費量を削減することができる。
Such a logic slow / fast real-
そして上述した温度補償圧電発振器10,100やリアルタイムクロック110,120は、例えば時計用クロック信号の信号源として時間管理が必要なコンピュータやサーバー等の電子機器に搭載することができる。
またリアルタイムクロック110,120は、積算カウンタやアラーム機能、タイマ割り込み機能等を備えることもできる。
The temperature-compensated
The real-
10………温度補償圧電発振器、12………圧電振動子、14………発振回路、22………温度検出部、24………温度センサ、26………アナログ/ディジタル(A/D)変換器、28………変換処理部、30………変換論理回路、32………折り返し回路、34………抑制回路、42a………逐次比較型A/D変換器、42b………2重積分型A/D変換器、80………変換論理回路、82………抑制回路。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記圧電振動子の周囲温度の測定データをディジタル信号で出力する温度検出部と、
前記ディジタル信号を論理演算し、当該演算結果を前記圧電振動子の周波数温度特性を補償する補償信号として出力する変換処理部と、
前記補償信号に応じて前記圧電振動子の発振周波数を調整する周波数調整手段とを備え、
前記変換処理部は、
前記ディジタル信号を入力して、動作温度範囲の中心温度よりも大きい前記ディジタル信号を反転処理する折り返し回路と、
前記折り返し回路からの信号を入力し、前記動作温度範囲の中心温度を含む範囲内の前記信号であれば前記信号を抑制して同値の前記補償信号を出力し、範囲外の前記信号であれば前記信号を前記補償信号として出力する抑制回路と、
を備えた変換論理回路である、
ことを特徴する温度補償回路を備えた温度補償発振回路。 An oscillation circuit that is connected to a piezoelectric vibrator and outputs an oscillation signal having a predetermined frequency,
A temperature detector for outputting the measurement data of the ambient temperature of the piezoelectric vibrator as a digital signal;
A logical processing of the digital signal, a conversion processing unit for outputting the calculation result as a compensation signal for compensating the frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator;
Frequency adjusting means for adjusting the oscillation frequency of the piezoelectric vibrator according to the compensation signal;
The conversion processing unit
A folding circuit that inputs the digital signal and inverts the digital signal that is greater than the center temperature of the operating temperature range;
If the signal from the folding circuit is input and the signal is within the range including the center temperature of the operating temperature range, the signal is suppressed and the compensation signal having the same value is output. A suppression circuit that outputs the signal as the compensation signal;
A conversion logic circuit comprising:
A temperature compensated oscillation circuit comprising a temperature compensation circuit characterized by the above.
前記圧電振動子の周囲温度の測定データをディジタル信号で出力する温度検出部と、
前記ディジタル信号を論理演算し、当該演算結果を前記圧電振動子の周波数温度特性を補償する補償信号として出力する変換処理部と、
前記補償信号に応じて前記発振信号を変化させる周波数調整手段とを備え、
前記変換処理部は、
前記ディジタル信号を入力して、動作温度範囲の中心温度よりも大きい前記ディジタル信号を反転処理する折り返し回路と、
前記折り返し回路からの信号を入力し、前記動作温度範囲の中心温度を含む範囲内の前記信号であれば前記信号を抑制して同値の前記補償信号を出力し、範囲外の前記信号であれば前記信号を前記補償信号として出力する抑制回路と、
を備えた変換論理回路である、
ことを特徴する温度補償回路を備えた温度補償発振回路。 An oscillation circuit that is connected to a piezoelectric vibrator and outputs an oscillation signal having a predetermined frequency,
A temperature detector for outputting the measurement data of the ambient temperature of the piezoelectric vibrator as a digital signal;
A logical processing of the digital signal, a conversion processing unit for outputting the calculation result as a compensation signal for compensating the frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator;
Frequency adjusting means for changing the oscillation signal according to the compensation signal,
The conversion processing unit
A folding circuit that inputs the digital signal and inverts the digital signal that is greater than the center temperature of the operating temperature range;
If the signal from the folding circuit is input and the signal is within the range including the center temperature of the operating temperature range, the signal is suppressed and the compensation signal having the same value is output. A suppression circuit that outputs the signal as the compensation signal;
A conversion logic circuit comprising:
A temperature compensated oscillation circuit comprising a temperature compensation circuit characterized by the above.
前記抑制回路は、
前記折り返し回路から出力される前記信号の上位3桁を入力する否定論理積と、
前記折り返し回路から出力される前記信号の上位4桁目以下の桁と、否定論理積の出力とを入力する論理積とを備えた、
ことを特徴する請求項1または2に記載の温度補償回路を備えた温度補償発振回路。 The folding circuit includes an exclusive OR for inputting the most significant digit of the digital signal and the second digit or less from the higher order,
The suppression circuit is
NAND of inputting the upper 3 digits of the signal output from the folding circuit;
A logical product for inputting an upper 4th digit of the signal output from the folding circuit and an output of a negative logical product;
A temperature-compensated oscillation circuit comprising the temperature compensation circuit according to claim 1 or 2.
前記抑制回路は、
前記折り返し回路から出力される前記信号と、予め設定された抑制値とを入力してどちらが大きいかを比較判定し、当該判定結果を出力するマグニチュードコンパレータと、
前記折り返し回路から出力される前記信号と、予め設定された前記抑制値とを入力し、 前記マグニチュードコンパレータから出力された当該判定結果に基づいて、前記信号および前記抑制値のいずれか一方を出力するセレクタとを備えた、
ことを特徴する請求項1または2に記載の温度補償回路を備えた温度補償発振回路。 The folding circuit includes an exclusive OR for inputting the most significant digit of the digital signal and the second and lower digits from the upper order,
The suppression circuit is
A magnitude comparator that inputs the signal output from the folding circuit and a preset suppression value and compares which is greater, and outputs the determination result;
The signal output from the folding circuit and the preset suppression value are input, and either the signal or the suppression value is output based on the determination result output from the magnitude comparator. With a selector,
A temperature-compensated oscillation circuit comprising the temperature compensation circuit according to claim 1 or 2.
前記アナログ/ディジタル変換器は、前記アナログ信号およびディジタル/アナログ変換器の出力信号を入力する比較器と、前記比較器に接続した前記逐次比較レジスタと、基準信号および前記逐次比較レジスタの出力信号を入力する前記ディジタル/アナログ変換器とを備えた逐次比較型であり、
前記ディジタル/アナログ変換器は、前記基準信号として電位の異なる第1基準信号と第2基準信号とを入力し、前記第1基準信号と前記アナログ信号とを比較した結果に応じて、前記第1基準信号と前記第2基準信号とのいずれかを選ぶ選択手段を備えた、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の温度補償回路を備えた温度補償発振回路。 The temperature detection unit includes a temperature sensor that measures the ambient temperature of the piezoelectric vibrator, and an analog / digital converter that converts an analog signal output from the temperature sensor into a digital signal,
The analog / digital converter includes a comparator for inputting the analog signal and the output signal of the digital / analog converter, the successive approximation register connected to the comparator, a reference signal and an output signal of the successive approximation register. A successive approximation type comprising the digital / analog converter for input;
The digital / analog converter inputs a first reference signal and a second reference signal having different potentials as the reference signal, and according to a result of comparison between the first reference signal and the analog signal, Selecting means for selecting either a reference signal or the second reference signal;
A temperature compensated oscillation circuit comprising the temperature compensation circuit according to claim 1 or 2.
前記アナログ/ディジタル変換器は、前記アナログ信号を入力する積分回路と、前記積分回路に接続した放電回路と、前記放電回路に接続したカウンタとを備えた2重積分型であり、
前記放電回路は、カウンタの出力信号に応じて放電電流を調整する電流調整回路を後段に備えた、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の温度補償回路を備えた温度補償発振回路。 The temperature detection unit includes a temperature sensor that measures the ambient temperature of the piezoelectric vibrator, and an analog / digital converter that converts an analog signal output from the temperature sensor into a digital signal,
The analog / digital converter is a double integration type comprising an integration circuit for inputting the analog signal, a discharge circuit connected to the integration circuit, and a counter connected to the discharge circuit,
The discharge circuit includes a current adjustment circuit that adjusts a discharge current according to an output signal of the counter in a subsequent stage.
A temperature compensated oscillation circuit comprising the temperature compensation circuit according to claim 1 or 2.
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