JP2011055035A

JP2011055035A - 発振回路

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Publication number: JP2011055035A
Application number: JP2009199296A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Oya; 具央大家
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2029-08-31
Also published as: JP5424473B2

Abstract

【課題】本発明は、出力信号の発振周波数の精度を向上させることができる発振回路を提供することを目的とする。
【解決手段】圧電素子の周波数温度特性を補償するための補償電圧Ｓ１５０を生成する補償電圧生成部１６０と、制御電圧Ｓ１３０に補償電圧Ｓ１５０を加算することにより、補正制御電圧Ｓ１６０を生成する加算部１５０と、補正制御電圧Ｓ１６０に基づいて、発振周波数を変化させることにより、所望の発振周波数を有する出力信号Ｓ１７０を生成し出力する電圧制御発振部２２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振回路に関する。

従来、発振回路としては、種々のものが開発されており、例えばＰＬＬ回路がある。かかるＰＬＬ回路は、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）によって生成された基準信号を用いて、当該基準信号の発振周波数の整数倍の発振周波数を有する出力信号を生成する。かかるＰＬＬ回路は、例えば携帯電話機に搭載され、携帯電話機は、ＰＬＬ回路から出力される出力信号をクロック信号として使用する。

ここで、図５に、従来のＰＬＬ回路１０の構成を示し、図６に、ＰＬＬ回路１０におけるタイミングチャートの一例を示す。このＰＬＬ回路１０は、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）２０によって生成された基準信号Ｓ１０を位相比較器３０に入力する。

位相比較器３０は、この基準信号Ｓ１０と、分周器４０から供給される比較対象としての位相比較信号Ｓ２０との位相を比較し、その結果得られた位相誤差信号Ｓ３０（図６（ａ））をループフィルタ５０に出力する。

ループフィルタ５０は、位相誤差信号Ｓ３０から交流成分を除去することにより、直流電圧からなる制御電圧Ｓ４０（図６（ｂ））を生成し、これを電圧制御発振器（ＶＣＯ）６０に出力する。

ＶＣＯ６０は、与えられた制御電圧Ｓ４０（図６（ｂ））に基づいて、発振周波数を変化させることにより、当該制御電圧Ｓ４０（図６（ｂ））に応じた発振周波数を有する出力信号Ｓ５０（図６（ｃ））を生成し、これを外部に出力すると共に、分周器４０に出力する。

分周器４０は、この出力信号Ｓ５０（図６（ｃ））の発振周波数の１／Ｎ（Ｎ：整数）倍の発振周波数を有する位相比較信号Ｓ２０を生成し、これを位相比較器３０に出力し、上述の動作を繰り返す。

ＰＬＬ回路１０は、かかる動作を繰り返すことにより、いわゆるロック状態（時点ｔ_Ｌ）に遷移すると、基準信号Ｓ１０の発振周波数の整数倍の発振周波数を有する出力信号Ｓ５０（図６（ｃ））を出力する。

特開２００７−２５９１７０号公報

ところで、かかるＰＬＬ回路１０では、ＴＣＸＯ２０において温度補償を行っているものの、周囲の温度に応じて、ＴＣＸＯ２０によって生成される基準信号Ｓ１０が変化してしまうことがあり、このためＶＣＯ６０に与える制御電圧Ｓ４０（図６（ｂ））が変化する。

これにより、ＰＬＬ回路１０では、周囲の温度が変化することに応じて、出力信号Ｓ５０（図６（ｃ））の発振周波数が変化し、出力信号Ｓ５０（図６（ｃ））の発振周波数の精度が低下するという問題があった。

本発明は、出力信号の発振周波数の精度を向上させることができる発振回路を提供することを目的とする。

本発明の一態様による発振回路は、圧電素子を有し、所定の発振周波数を有する基準信号を生成する基準信号生成部と、前記基準信号と、比較対象としての位相比較信号との位相を比較することにより、位相誤差信号を生成する位相比較部と、前記位相誤差信号から所望の周波数成分を除去することにより、制御電圧を生成するフィルタ部と、前記圧電素子の周波数温度特性を補償するための補償電圧を生成する補償電圧生成部と、前記制御電圧に前記補償電圧を加算することにより、補正制御電圧を生成する加算部と、前記補正制御電圧に基づいて、発振周波数を変化させることにより、所望の発振周波数を有する出力信号を生成し出力する電圧制御発振部と、前記出力信号を所定の分周比で分周することにより、前記位相比較信号を生成する分周部とを備える。

また、本発明の一態様による発振回路は、前記補償電圧生成部が、前記圧電素子の周囲の温度を測定する温度測定部と、前記圧電素子の周囲の温度として選定された複数の温度と、前記各温度毎に必要とされる前記補償電圧とをそれぞれ対応付けて記憶する記憶部と、前記記憶部から、前記温度測定部によって測定された温度と対応付けて記憶されている前記補償電圧を読み出し、前記加算部に与える読出し制御部とを備える。

また、本発明の一態様による発振回路は、前記補償電圧生成部が、前記圧電素子の周囲の温度を測定する温度測定部と、前記補償電圧を算出する際に必要な補償電圧算出用データを記憶する記憶部と、前記温度測定部によって測定された温度と、前記記憶部に記憶されている前記補償電圧算出用データとを用いて、前記補償電圧を算出し、前記加算部に与える補償電圧算出部と備える。

また、本発明の一態様による発振回路は、圧電素子を有し、所定の発振周波数を有する基準信号を生成する基準信号生成部と、前記基準信号と、比較対象としての位相比較信号との位相を比較することにより、位相誤差信号を生成する位相比較部と、前記位相誤差信号から所望の周波数成分を除去することにより、制御電圧を生成するフィルタ部と、前記制御電圧に基づいて、発振周波数を変化させることにより、所望の発振周波数を有する中間出力信号を生成し出力する電圧制御発振部と、前記中間出力信号を所定の分周比で分周することにより、前記位相比較信号を生成する分周部と、前記圧電素子の周波数温度特性を補償するための補償電圧を生成する補償電圧生成部と、前記補償電圧に基づいて、前記中間出力信号の発振周波数を調整することにより、所望の発振周波数を有する出力信号を生成し出力する周波数調整部とを備える。

また、本発明の一態様による発振回路は、前記補償電圧生成部が、前記圧電素子の周囲の温度を測定する温度測定部と、前記圧電素子の周囲の温度として選定された複数の温度と、前記各温度毎に必要とされる前記補償電圧とをそれぞれ対応付けて記憶する記憶部と、前記記憶部から、前記温度測定部によって測定された温度と対応付けて記憶されている前記補償電圧を読み出し、前記周波数調整部に与える読出し制御部とを備える。

また、本発明の一態様による発振回路は、前記補償電圧生成部が、前記圧電素子の周囲の温度を測定する温度測定部と、前記補償電圧を算出する際に必要な補償電圧算出用データを記憶する記憶部と、前記温度測定部によって測定された温度と、前記記憶部に記憶されている前記補償電圧算出用データとを用いて、前記補償電圧を算出し、前記周波数調整部に与える補償電圧算出部とを備える。

本発明の発振回路によれば、温度の変化にかかわらず、一定の発振周波数を有する出力信号を出力することができ、従って出力信号の発振周波数の精度を向上させることができる。

また、本発明の発振回路によれば、簡易な構成で補償電圧を生成することができる。

本発明の第１の実施の形態によるＰＬＬ回路の構成を示すブロック図である。同ＰＬＬ回路におけるタイミングチャートである。本発明の第２の実施の形態によるＰＬＬ回路の構成を示すブロック図である。本発明の他の実施の形態による補償電圧生成回路の構成を示すブロック図である。従来のＰＬＬ回路の構成を示すブロック図である。同ＰＬＬ回路におけるタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１に、本発明の第１の実施の形態によるＰＬＬ回路１００の構成を示し、図２に、ＰＬＬ回路１００におけるタイミングチャートの一例を示す。

ＰＬＬ回路１００は、温度補償機能を有しないパッケージ水晶発振器（ＳＰＸＯ）１１０によって生成された基準信号Ｓ１００を用いて、当該基準信号Ｓ１００の発振周波数の整数倍の発振周波数を有する出力信号Ｓ１７０を生成する。ＰＬＬ回路１００は、例えば携帯電話機に搭載され、携帯電話機は、ＰＬＬ回路１００から出力される出力信号Ｓ１７０をクロック信号として使用する。

より具体的には、ＰＬＬ回路１００は、基準信号生成部として、温度補償機能を有しないパッケージ水晶発振器（ＳＰＸＯ）１１０を使用する。このＳＰＸＯ１１０は、水晶振動子を有し、所定の発振周波数を有する基準信号Ｓ１００を生成する。

なお、この場合、基準信号生成部として、ＳＰＸＯ１１０ではなく、水晶振動子を使用しても良い。また、圧電素子として、水晶振動子ではなく、例えば圧電セラミックなど、他の種々の圧電素子を使用することができる。

ＰＬＬ回路１００は、このＳＰＸＯ１１０によって生成された基準信号Ｓ１００を位相比較器１２０に入力する。位相比較部に対応する位相比較器１２０は、この基準信号Ｓ１００と、分周器１３０から供給される比較対象としての位相比較信号Ｓ１１０との位相を比較することにより、位相誤差信号Ｓ１２０を生成し、これをループフィルタ１４０に出力する。

ループフィルタ１４０は、位相誤差信号Ｓ１２０から交流成分を除去することにより、直流電圧からなる制御電圧Ｓ１３０を生成し、これを加算器１５０に出力する。なお、この場合、ループフィルタ１４０として、例えばローパスフィルタを使用しても良く、要は、位相誤差信号Ｓ１２０から交流成分である所望の周波数成分を除去することにより、制御電圧Ｓ１３０を生成するフィルタ部を使用すれば良い。

補償電圧生成部に対応する補償電圧生成回路１６０は、温度の変化にかかわらず、一定の発振周波数を有する出力信号Ｓ１７０をＰＬＬ回路１００から出力させるため、ＳＰＸＯ１１０が有する水晶振動子の周波数温度特性を補償するための補償電圧Ｓ１５０を生成する回路である。

具体的には、補償電圧生成回路１６０は、ＳＰＸＯ１１０が有する水晶振動子の周囲の温度を測定するための温度センサ１７０（すなわち、温度測定部）を有し、当該温度センサ１７０によって測定された温度信号をＡ／Ｄ変換器１８０によってデジタルデータに変換した後、得られた温度データＳ１４０を制御回路１９０に与える。

ところで、本実施の形態の場合には、水晶振動子の周囲の温度として予測される複数の温度を予め選定し、当該選定された各温度毎に、水晶振動子の周波数温度特性を補償するために必要とされる補償電圧を決定する。このようにして得られた複数の温度データと、これら各温度データ毎に決定された補償電圧データとを対応付けてメモリ２００に記憶する。

すなわち、記憶部に対応するメモリ２００は、水晶振動子の周囲の温度として選定された複数の温度と、各温度毎に必要とされる補償電圧とをそれぞれ対応付けて記憶する。

読出し制御部に対応する制御回路１９０は、温度センサ１７０からＡ／Ｄ変換器１８０を介して与えられた温度データＳ１４０と対応付けて記憶されている補償電圧データを、メモリ２００から読み出す。制御回路１９０は、この補償電圧データをＤ／Ａ変換器２１０によってアナログ信号に変換した後、得られた補償電圧Ｓ１５０（図２（ａ））を加算器１５０に与える。

加算部に対応する加算器１５０は、ループフィルタ１４０から与えられた制御電圧Ｓ１３０に、補償電圧生成回路１６０から与えられた補償電圧Ｓ１５０（図２（ａ））を加算することにより、補正制御電圧Ｓ１６０（図２（ｂ））を生成し、これを電圧制御発振器（ＶＣＯ）２２０に出力する。

電圧制御発振部に対応するＶＣＯ２２０は、与えられた補正制御電圧Ｓ１６０（図２（ｂ））に基づいて、発振周波数を変化させることにより、所望の発振周波数を有する出力信号Ｓ１７０（図２（ｃ））を生成し、これを外部に出力すると共に、分周器１３０に出力する。

分周器１３０は、この出力信号Ｓ１７０（図２（ｃ））の発振周波数の１／Ｎ（Ｎ：整数）倍の発振周波数を有する位相比較信号Ｓ１１０を生成し、これを位相比較器１２０に出力し、上述の動作を繰り返す。すなわち、分周器１３０は、分周部に対応し、出力信号Ｓ１７０（図２（ｃ））を所定の分周比で分周することにより、位相比較信号Ｓ１１０を生成する。

ＰＬＬ回路１００は、かかる動作を繰り返すことにより、いわゆるロック状態（時点ｔ_Ｌ）に遷移すると、基準信号Ｓ１００の発振周波数の整数倍の発振周波数を有する出力信号Ｓ１７０（図２（ｃ））を出力する。

このように本実施の形態によれば、ＶＣＯ２２０に与える制御電圧Ｓ１３０に補償電圧Ｓ１５０（図２（ａ））を加算することにより、ＳＰＸＯ１１０が有する水晶振動子の周囲の温度の変化にかかわらず、一定の電圧値を有する補正制御電圧Ｓ１６０（図２（ｂ））をＶＣＯ２２０に与えることができる。

これにより、ＰＬＬ回路１００では、温度の変化にかかわらず、一定の発振周波数を有する出力信号Ｓ１７０（図２（ｃ））を出力することができ、従って出力信号Ｓ１７０（図２（ｃ））の発振周波数の精度を向上させることができる。

（第２の実施の形態）
図３に、本発明の第２の実施の形態によるＰＬＬ回路３００の構成を示す。なお、図１に示された要素と同一のものには同一の符号を付して説明を省略する。このＰＬＬ回路３００は、ＶＣＯ２２０の出力側に当該ＶＣＯ２２０から出力される出力信号Ｓ１７０の発振周波数を調整するための周波数調整回路３１０が設けられた構成を有する。

本実施の形態の場合、ＶＣＯ２２０は、ループフィルタ１４０から直接与えられた制御電圧Ｓ１３０に基づいて、発振周波数を変化させることにより、所望の発振周波数を有する出力信号Ｓ１７０（すなわち、中間出力信号）を生成し、これを分周器１３０に出力すると共に、周波数調整回路３１０に出力する。

周波数調整回路３１０には、補償電圧生成回路１６０によって生成された補償電圧Ｓ１５０が与えられる。周波数調整部に対応する周波数調整回路３１０は、この補償電圧Ｓ１５０に基づいて、ＶＣＯ２２０から出力された出力信号Ｓ１７０の発振周波数を調整することにより、所望の発振周波数を有する出力信号Ｓ３００を生成し、これを外部に出力する。

より具体的には、周波数調整回路３１０は、例えば周波数電圧変換回路と加算器とＶＣＯとによって構成される。この場合、周波数電圧変換回路は、ＶＣＯ２２０から出力された出力信号Ｓ１７０の発振周波数を電圧に変換することにより、出力電圧を生成する。

加算器は、この周波数電圧変換回路から与えられた出力電圧に、補償電圧生成回路１６０から与えられた補償電圧Ｓ１５０を加算することにより、補正出力電圧を生成し、これをＶＣＯに出力する。ＶＣＯは、与えられた補正出力電圧に基づいて、発振周波数を変化させることにより、所望の発振周波数を有する出力信号Ｓ３００を生成し、これを外部に出力する。

このように本実施の形態によれば、温度の変化にかかわらず、一定の発振周波数を有する出力信号Ｓ３００を出力することができ、従って出力信号Ｓ３００の発振周波数の精度を向上させることができる。

（他の実施の形態）
なお、上述の実施の形態は一例であって、本発明を限定するものではない。例えば図４に示す補償電圧生成回路４００（すなわち、補償電圧生成部）のように、補償電圧Ｓ４００を算出する際に必要なパラメータからなる補償電圧算出用データを、記憶部としてのメモリ４１０に予め記憶するようにしても良い。この場合、補償電圧算出部に対応する補償電圧算出回路４３０は、温度センサ４２０によって測定された温度と、メモリ４１０に記憶されている補償電圧算出用データとを用いて、補償電圧Ｓ４００を算出し、これを加算器１５０又は周波数調整回路３１０に与えることにより、温度補償を行う。

１０、１００、３００ＰＬＬ回路
２０ＴＣＸＯ
３０、１２０位相比較器
４０、１３０分周器
５０、１４０ループフィルタ
６０、２２０ＶＣＯ
１１０ＳＰＸＯ
１５０加算器
１６０、４００補償電圧生成回路
１７０温度センサ
１９０制御回路
２００、４１０メモリ
３１０周波数調整回路
４３０補償電圧算出回路

Claims

圧電素子を有し、所定の発振周波数を有する基準信号を生成する基準信号生成部と、
前記基準信号と、比較対象としての位相比較信号との位相を比較することにより、位相誤差信号を生成する位相比較部と、
前記位相誤差信号から所望の周波数成分を除去することにより、制御電圧を生成するフィルタ部と、
前記圧電素子の周波数温度特性を補償するための補償電圧を生成する補償電圧生成部と、
前記制御電圧に前記補償電圧を加算することにより、補正制御電圧を生成する加算部と、
前記補正制御電圧に基づいて、発振周波数を変化させることにより、所望の発振周波数を有する出力信号を生成し出力する電圧制御発振部と、
前記出力信号を所定の分周比で分周することにより、前記位相比較信号を生成する分周部と
を備えることを特徴とする発振回路。
前記補償電圧生成部は、
前記圧電素子の周囲の温度を測定する温度測定部と、
前記圧電素子の周囲の温度として選定された複数の温度と、前記各温度毎に必要とされる前記補償電圧とをそれぞれ対応付けて記憶する記憶部と、
前記記憶部から、前記温度測定部によって測定された温度と対応付けて記憶されている前記補償電圧を読み出し、前記加算部に与える読出し制御部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の発振回路。
前記補償電圧生成部は、
前記圧電素子の周囲の温度を測定する温度測定部と、
前記補償電圧を算出する際に必要な補償電圧算出用データを記憶する記憶部と、
前記温度測定部によって測定された温度と、前記記憶部に記憶されている前記補償電圧算出用データとを用いて、前記補償電圧を算出し、前記加算部に与える補償電圧算出部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の発振回路。
圧電素子を有し、所定の発振周波数を有する基準信号を生成する基準信号生成部と、
前記基準信号と、比較対象としての位相比較信号との位相を比較することにより、位相誤差信号を生成する位相比較部と、
前記位相誤差信号から所望の周波数成分を除去することにより、制御電圧を生成するフィルタ部と、
前記制御電圧に基づいて、発振周波数を変化させることにより、所望の発振周波数を有する中間出力信号を生成し出力する電圧制御発振部と、
前記中間出力信号を所定の分周比で分周することにより、前記位相比較信号を生成する分周部と、
前記圧電素子の周波数温度特性を補償するための補償電圧を生成する補償電圧生成部と、
前記補償電圧に基づいて、前記中間出力信号の発振周波数を調整することにより、所望の発振周波数を有する出力信号を生成し出力する周波数調整部と
を備えることを特徴とする発振回路。
前記補償電圧生成部は、
前記圧電素子の周囲の温度を測定する温度測定部と、
前記圧電素子の周囲の温度として選定された複数の温度と、前記各温度毎に必要とされる前記補償電圧とをそれぞれ対応付けて記憶する記憶部と、
前記記憶部から、前記温度測定部によって測定された温度と対応付けて記憶されている前記補償電圧を読み出し、前記周波数調整部に与える読出し制御部と
を備えることを特徴とする請求項４に記載の発振回路。
前記補償電圧生成部は、
前記圧電素子の周囲の温度を測定する温度測定部と、
前記補償電圧を算出する際に必要な補償電圧算出用データを記憶する記憶部と、
前記温度測定部によって測定された温度と、前記記憶部に記憶されている前記補償電圧算出用データとを用いて、前記補償電圧を算出し、前記周波数調整部に与える補償電圧算出部と
を備えることを特徴とする請求項４に記載の発振回路。