JP2011091583A - 周波数シンセサイザ - Google Patents
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Abstract
【課題】 電源投入直後の出力周波数を簡単な処理で安定させることができる周波数シンセサイザを提供する。
【解決手段】 温度補償を行わない水晶発振器１と、分数分周ＰＬＬ回路２と、分数分周ＰＬＬにおける分周値を制御する制御部３とを備え、制御部３が、予め求められた電源投入からの時間と発振器出力の偏差との関係に基づいて、電源投入からの時間とその時点での周波数偏差を補償するための主分周値Ｍとステップ値ｎとを対応付けて時間依存パラメータテーブルとしてメモリー３３に記憶しており、電源が投入されると、時間依存パラメータテーブルを参照して、カウンター３４で計測された電源投入からの時間に対応する主分周値Ｍとステップ値ｎを読み出して分数分周ＰＬＬ回路２に設定する周波数シンセサイザとしている。
【選択図】 図２
【解決手段】 温度補償を行わない水晶発振器１と、分数分周ＰＬＬ回路２と、分数分周ＰＬＬにおける分周値を制御する制御部３とを備え、制御部３が、予め求められた電源投入からの時間と発振器出力の偏差との関係に基づいて、電源投入からの時間とその時点での周波数偏差を補償するための主分周値Ｍとステップ値ｎとを対応付けて時間依存パラメータテーブルとしてメモリー３３に記憶しており、電源が投入されると、時間依存パラメータテーブルを参照して、カウンター３４で計測された電源投入からの時間に対応する主分周値Ｍとステップ値ｎを読み出して分数分周ＰＬＬ回路２に設定する周波数シンセサイザとしている。
【選択図】 図２
Description
本発明は、周波数シンセサイザに係り、特に電源投入直後の出力周波数を安定させることができる周波数シンセサイザに関する。
［先行技術の説明］
従来、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ；Temperature Compensated Crystal Oscillator）を基準信号源として用いた周波数シンセサイザでは、電源投入直後には、ＩＣ自体の発熱により水晶振動子とＩＣとの温度差が生じ、周波数変動が発生してしまう。ＧＰＳ機能を備えた携帯電話機等では高い周波数精度が要求されるため、この周波数変動は深刻な問題となる。
従来、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ；Temperature Compensated Crystal Oscillator）を基準信号源として用いた周波数シンセサイザでは、電源投入直後には、ＩＣ自体の発熱により水晶振動子とＩＣとの温度差が生じ、周波数変動が発生してしまう。ＧＰＳ機能を備えた携帯電話機等では高い周波数精度が要求されるため、この周波数変動は深刻な問題となる。
また、ＴＣＸＯ内のＩＣチップの小型化に対する要求も大きく、立ち上がり時の周波数変動をＴＣＸＯ内のＩＣのみで補正するのは困難である。
［水晶振動子とＩＣの電源投入後の温度推移：図７］
ＴＣＸＯにおける水晶振動子と温度補償回路を備えたＩＣ（ＬＳＩ）との電源投入後の温度変化について図７を用いて説明する。図７は、ＴＣＸＯにおける電源投入後の水晶振動子とＩＣ（ＬＳＩ）との温度変化を示す模式説明図である。
図７に示すように、ＴＣＸＯの電源が投入されると、ＬＳＩでは回路自体からの発熱により温度が急上昇する。それに対して、水晶振動子の温度変化は緩やかであるため、電源投入直後のＬＳＩと水晶振動子の温度差はかなり大きくなってしまい、正確な温度補償が行われず、周波数が安定しない。
ＴＣＸＯにおける水晶振動子と温度補償回路を備えたＩＣ（ＬＳＩ）との電源投入後の温度変化について図７を用いて説明する。図７は、ＴＣＸＯにおける電源投入後の水晶振動子とＩＣ（ＬＳＩ）との温度変化を示す模式説明図である。
図７に示すように、ＴＣＸＯの電源が投入されると、ＬＳＩでは回路自体からの発熱により温度が急上昇する。それに対して、水晶振動子の温度変化は緩やかであるため、電源投入直後のＬＳＩと水晶振動子の温度差はかなり大きくなってしまい、正確な温度補償が行われず、周波数が安定しない。
［電源投入後の周波数変動：図８］
ＴＣＸＯの電源投入後の出力周波数について図８を用いて説明する。図８は、ＴＣＸＯの電源投入後の出力周波数の変動を示す模式説明図である。
図８に示すように、ＴＣＸＯの出力周波数は、上述したＬＳＩと水晶振動子との温度差により電源投入直後は変動が大きく、時間の経過と共に安定してくることがわかる。
ＴＣＸＯの電源投入後の出力周波数について図８を用いて説明する。図８は、ＴＣＸＯの電源投入後の出力周波数の変動を示す模式説明図である。
図８に示すように、ＴＣＸＯの出力周波数は、上述したＬＳＩと水晶振動子との温度差により電源投入直後は変動が大きく、時間の経過と共に安定してくることがわかる。
［関連技術］
尚、周波数シンセサイザや水晶発振器の温度補償に関する技術としては、特開昭６３−３０８４０２号公報（出願人：富士通株式会社、特許文献１）、特開昭６３−３１２７０４号公報（出願人：キンセキ株式会社、特許文献２）、特開２００３−６９４２６号公報（出願人：松下電器産業株式会社、特許文献３）、特開平９−３２１６２２号公報（出願人：三菱電機株式会社、特許文献４）、特開２００２−３２５０３４号公報（出願人：松下電工株式会社、特許文献５）、特開２００７−２６７２４６号公報（出願人：松下電器産業株式会社、特許文献６）がある。
尚、周波数シンセサイザや水晶発振器の温度補償に関する技術としては、特開昭６３−３０８４０２号公報（出願人：富士通株式会社、特許文献１）、特開昭６３−３１２７０４号公報（出願人：キンセキ株式会社、特許文献２）、特開２００３−６９４２６号公報（出願人：松下電器産業株式会社、特許文献３）、特開平９−３２１６２２号公報（出願人：三菱電機株式会社、特許文献４）、特開２００２−３２５０３４号公報（出願人：松下電工株式会社、特許文献５）、特開２００７−２６７２４６号公報（出願人：松下電器産業株式会社、特許文献６）がある。
特許文献１には、信号発振器からの周波数を分周器で分周して出力する発振器において、制御回路が、温度変化による周波数変化を補償する分周器の分周比を計算し、分周器が当該分周比で分周するディジタル温度補償発振器が記載されている。
また、特許文献２には、ＲＯＭに、温度に対応して発振器出力を一定にする分周比を記憶しておき、水晶発振器を温度検出部として用いて、検出された温度情報に対応する分周比をプログラマブル分周器に設定するディジタル温度補償水晶発振器が記載されている。
また、特許文献２には、ＲＯＭに、温度に対応して発振器出力を一定にする分周比を記憶しておき、水晶発振器を温度検出部として用いて、検出された温度情報に対応する分周比をプログラマブル分周器に設定するディジタル温度補償水晶発振器が記載されている。
特許文献３には、温度検出回路からの出力に応じて、制御信号発生回路で、可変分周器の分数部分の補正データを生成して、分数分周ＰＬＬの可変分周器における分数部分の分周比を補正する周波数シンセサイザが記載されている。
また、特許文献４には、分数分周方式の周波数シンセサイザにおいて、正確に位相誤差を補償して周波数切り替え時間の高速化を図ることが記載されている。
また、特許文献４には、分数分周方式の周波数シンセサイザにおいて、正確に位相誤差を補償して周波数切り替え時間の高速化を図ることが記載されている。
特許文献５には、分周器が、検出された温度と予め記憶された温度特性データとに応じて制御手段から与えられる主分周数Ｎ又は主分周数Ｎ＋１を切り替えて分周するフラクショナルＮ方式周波数シンセサイザにおいて、温度特性データとして、予め設定された周波数偏差を逸脱する温度範囲のデータを記憶していることが記載されている。
特許文献６には、起動時からの所定時間、温度補償機能を無効とすることにより、起動時のＩＣチップ表面温度の変動の影響を抑制して、起動時における水晶発振回路の出力周波数を安定させる水晶発振回路の基準電流制御回路が記載されている。
また、分数分周方式を用いた周波数シンセサイザにおいて、切換変動の小さなフィルタ切換方式により、高速周波数切換と、低位相雑音特性とを両立することも提案されている（非特許文献１）。
しかしながら、特許文献１〜６、及び非特許文献１には、電源投入からの時間に応じて分数分周方式のＰＬＬにおける分周比を補正することは記載されていない。
しかしながら、特許文献１〜６、及び非特許文献１には、電源投入からの時間に応じて分数分周方式のＰＬＬにおける分周比を補正することは記載されていない。
分数分周方式を用いた高速周波数切換シンセサイザ，電子情報通信学会論文誌 C-I,Vol.J76-C-I,No.11,pp.445-452,1993年11月
しかしながら、従来の周波数シンセサイザでは、電源投入時のＩＣと水晶振動子との温度差により出力周波数を簡単な処理で安定させることができないという問題点があった。
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、電源投入直後の出力周波数を簡単な処理で安定させることができる周波数シンセサイザを提供することを目的とする。
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、基準信号を発生する水晶発振器と、設定された主分周値及びステップ値によって特定される分周値で電圧制御発振器の出力信号を分周して、基準信号と分周された信号との位相差に基づいて電圧制御発振器の出力周波数を制御する分数分周ＰＬＬ回路と、主分周値とステップ値とを分数分周ＰＬＬ回路に設定する制御部とを備えた周波数シンセサイザであって、水晶発振器が、温度補償回路を備えておらず、分数分周ＰＬＬ回路が、電圧制御発振器と、プログラマブル分周器と、位相比較器と、ループフィルタと、ラッチ回路と、加算器とを備え、ラッチ回路が、基準信号をクロックとして、設定されたステップ数をクロック毎に出力し、加算器が、ラッチ回路からの出力をクロック毎に加算し、オーバーフローした場合にオーバーフロー信号をプログラマブル分周器に出力し、プログラマブル分周器が、加算器からオーバーフロー信号が入力されないときには主分周値で分周し、オーバーフロー信号が入力されたときには主分周値に１を加算した値で分周し、制御部が、電源投入からの時間に応じた水晶発振器の出力周波数の偏差の情報に基づいて、偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を電源投入からの時間に対応付けて記憶しておき、電源が投入されると、電源投入からの時間を計時し、計時された時間に対応して記憶された主分周値及びステップ値を読み出して、主分周値をプログラマブル分周器に設定すると共に、ステップ値をラッチ回路に設定することを特徴としている。
また、本発明は、基準信号を発生する水晶発振器と、設定された主分周値及びステップ値によって特定される分周値で電圧制御発振器の出力信号を分周して、基準信号と分周された信号との位相差に基づいて電圧制御発振器の出力周波数を制御する分数分周ＰＬＬ回路と、主分周値とステップ値とを分数分周ＰＬＬ回路に設定する制御部とを備えた周波数シンセサイザであって、水晶発振器が、温度を検出する温度センサーを備え、温度補償回路を備えておらず、分数分周ＰＬＬ回路が、電圧制御発振器と、プログラマブル分周器と、位相比較器と、ループフィルタと、ラッチ回路と、加算器とを備え、ラッチ回路が、基準信号をクロックとして、設定されたステップ数をクロック毎に出力し、加算器が、ラッチ回路からの出力をクロック毎に加算し、オーバーフローした場合にオーバーフロー信号をプログラマブル分周器に出力し、プログラマブル分周器が、加算器からオーバーフロー信号が入力されないときには主分周値で分周し、オーバーフロー信号が入力されたときには主分周値に１を加算した値で分周し、制御部が、温度とそれに対応する水晶発振器の出力周波数の偏差の情報に基づいて、偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を温度に対応付けて記憶しておき、電源が投入されると、温度センサーで検出された温度に対応して記憶された主分周値及びステップ値を読み出して、主分周値をプログラマブル分周器に設定すると共に、ステップ値をラッチ回路に設定することを特徴としている。
また、本発明は、上記周波数シンセサイザにおいて、水晶発振器が、温度を検出する温度センサーを備え、制御部が、温度とそれに対応する出力周波数の偏差の情報に基づいて、偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を温度に対応付けて記憶しておき、電源が投入されると、温度センサーで検出された温度に対応して記憶された主分周値及びステップ値を読み出し、温度に対応して記憶された主分周値及びステップ値が、時間に対応して記憶された主分周値及びステップ値と一致する場合には、一致した主分周値及びステップ値を設定し、一致しない場合には、主分周値として、温度に対応して記憶された主分周値と時間に対応して記憶された主分周値との平均値又は平均値に最も近い整数値を設定し、ステップ値として、温度に対応して記憶されたステップ値と時間に対応して記憶されたステップ値との平均値又は平均値に最も近い整数値を設定することを特徴としている。
また、本発明は、上記周波数シンセサイザにおいて、水晶発振器が、電源投入からの時間に応じた水晶発振器の出力周波数の偏差の情報を記憶するメモリーを備え、制御部が、メモリーから電源投入からの時間に応じた水晶発振器の出力周波数の偏差の情報を読み出し、当該情報に基づいて偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を算出して、電源投入からの時間に対応付けて記憶しておくことを特徴としている。
また、本発明は、上記周波数シンセサイザにおいて、水晶発振器が、温度とそれに対応する水晶発振器の出力周波数の偏差の情報を記憶するメモリーを備え、制御部が、メモリーから温度とそれに対応する水晶発振器の出力周波数の偏差の情報を読み出し、当該情報に基づいて偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を算出して、温度に対応付けて記憶しておくことを特徴としている。
また、本発明は、上記周波数シンセサイザにおいて、制御部が主分周値及びステップ値を算出する処理を行う代わりに、処理を外部装置で行わせることを特徴としている。
本発明によれば、基準信号を発生する水晶発振器と、設定された主分周値及びステップ値によって特定される分周値で電圧制御発振器の出力信号を分周して、基準信号と分周された信号との位相差に基づいて電圧制御発振器の出力周波数を制御する分数分周ＰＬＬ回路と、主分周値とステップ値とを分数分周ＰＬＬ回路に設定する制御部とを備えた周波数シンセサイザであって、水晶発振器が、温度補償回路を備えておらず、分数分周ＰＬＬ回路が、電圧制御発振器と、プログラマブル分周器と、位相比較器と、ループフィルタと、ラッチ回路と、加算器とを備え、ラッチ回路が、基準信号をクロックとして、設定されたステップ数をクロック毎に出力し、加算器が、ラッチ回路からの出力をクロック毎に加算し、オーバーフローした場合にオーバーフロー信号をプログラマブル分周器に出力し、プログラマブル分周器が、加算器からオーバーフロー信号が入力されないときには主分周値で分周し、オーバーフロー信号が入力されたときには主分周値に１を加算した値で分周し、制御部が、電源投入からの時間に応じた水晶発振器の出力周波数の偏差の情報に基づいて、偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を電源投入からの時間に対応付けて記憶しておき、電源が投入されると、電源投入からの時間を計時し、計時された時間に対応して記憶された主分周値及びステップ値を読み出して、主分周値をプログラマブル分周器に設定すると共に、ステップ値をラッチ回路に設定する周波数シンセサイザとしているので、時間に応じて主分周値及びステップ値を設定するだけの簡単な処理で、電源投入直後の基準信号の変動を補償する適切な主分周値及びステップ値を分数分周ＰＬＬ回路に設定することができ、電源投入直後から出力周波数を安定させることができる効果がある。
また、本発明によれば、基準信号を発生する水晶発振器と、設定された主分周値及びステップ値によって特定される分周値で電圧制御発振器の出力信号を分周して、基準信号と分周された信号との位相差に基づいて電圧制御発振器の出力周波数を制御する分数分周ＰＬＬ回路と、主分周値とステップ値とを分数分周ＰＬＬ回路に設定する制御部とを備えた周波数シンセサイザであって、水晶発振器が、温度を検出する温度センサーを備え、温度補償回路を備えておらず、分数分周ＰＬＬ回路が、電圧制御発振器と、プログラマブル分周器と、位相比較器と、ループフィルタと、ラッチ回路と、加算器とを備え、ラッチ回路が、基準信号をクロックとして、設定されたステップ数をクロック毎に出力し、加算器が、ラッチ回路からの出力をクロック毎に加算し、オーバーフローした場合にオーバーフロー信号をプログラマブル分周器に出力し、プログラマブル分周器が、加算器からオーバーフロー信号が入力されないときには主分周値で分周し、オーバーフロー信号が入力されたときには主分周値に１を加算した値で分周し、制御部が、温度とそれに対応する水晶発振器の出力周波数の偏差の情報に基づいて、偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を温度に対応付けて記憶しておき、電源が投入されると、温度センサーで検出された温度に対応して記憶された主分周値及びステップ値を読み出して、主分周値をプログラマブル分周器に設定すると共に、ステップ値をラッチ回路に設定する周波数シンセサイザとしているので、検出温度に応じて主分周値及びステップ値を設定するだけの簡単な処理で、電源投入直後の基準信号の変動を補償する適切な主分周値及びステップ値を分数分周ＰＬＬ回路に設定することができ、電源投入直後から出力周波数を安定させることができる効果がある。
また、本発明によれば、水晶発振器が、温度を検出する温度センサーを備え、制御部が、温度とそれに対応する出力周波数の偏差の情報に基づいて、偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を温度に対応付けて記憶しておき、電源が投入されると、温度センサーで検出された温度に対応して記憶された主分周値及びステップ値を読み出し、温度に対応して記憶された主分周値及びステップ値が、時間に対応して記憶された主分周値及びステップ値と一致する場合には、一致した主分周値及びステップ値を設定し、一致しない場合には、主分周値として、温度に対応して記憶された主分周値と時間に対応して記憶された主分周値との平均値又は平均値に最も近い整数値を設定し、ステップ値として、温度に対応して記憶されたステップ値と時間に対応して記憶されたステップ値との平均値又は平均値に最も近い整数値を設定する上記周波数シンセサイザとしているので、時間と温度とを両方考慮して電源投入直後の発振器出力の周波数変動を精度よく補償することができ、電源投入直後からシンセサイザ出力を安定させることができる効果がある。
また、本発明によれば、水晶発振器が、電源投入からの時間に応じた水晶発振器の出力周波数の偏差の情報を記憶するメモリーを備え、制御部が、メモリーから電源投入からの時間に応じた水晶発振器の出力周波数の偏差の情報を読み出し、当該情報に基づいて偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を算出して、電源投入からの時間に対応付けて記憶しておく上記周波数シンセサイザとしているので、利用されるシステムや所望のシンセサイザ出力に応じて、制御部がメモリーからの情報に基づいて主分周値やステップ値を算出でき、電源投入直後の発振器出力の周波数変動を適切に補償して、電源投入直後からシンセサイザ出力を安定させることができる効果がある。
また、本発明によれば、水晶発振器が、温度とそれに対応する水晶発振器の出力周波数の偏差の情報を記憶するメモリーを備え、制御部が、メモリーから温度とそれに対応する水晶発振器の出力周波数の偏差の情報を読み出し、当該情報に基づいて偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を算出して、温度に対応付けて記憶しておく上記周波数シンセサイザとしているので、利用されるシステムや所望のシンセサイザ出力に応じて、制御部がメモリーからの情報に基づいて主分周値やステップ値を算出でき、電源投入直後の発振器出力の周波数変動を適切に補償して、電源投入直後からシンセサイザ出力を安定させることができる効果がある。
また、本発明によれば、制御部が主分周値及びステップ値を算出する処理を行う代わりに、処理を外部装置で行わせる上記周波数シンセサイザとしているので、制御部の処理を軽減し、コストを低減することができる効果がある。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態に係る周波数シンセサイザは、分数分周ＰＬＬ（Fractional-N PLL）回路と、基準信号源として温度補償を行わない水晶発振器を備えており、制御部が、予め実験的に求めた電源投入時からの時間と水晶発振器の出力周波数の偏差に基づいて、電源投入時からの時間と、当該偏差を補償するための分数分周ＰＬＬにおける分周比を設定するパラメータとを対応付けて記憶しておき、水晶発振器の発振出力をクロックとしてカウントして電源投入時からの時間を計測し、カウント値に対応するパラメータ（時間依存パラメータ）を読み出して分数分周ＰＬＬ回路に設定するものであり、簡単な処理で電源投入直後の水晶発振器の偏差を補償して、シンセサイザ出力周波数を安定させることができるものである。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態に係る周波数シンセサイザは、分数分周ＰＬＬ（Fractional-N PLL）回路と、基準信号源として温度補償を行わない水晶発振器を備えており、制御部が、予め実験的に求めた電源投入時からの時間と水晶発振器の出力周波数の偏差に基づいて、電源投入時からの時間と、当該偏差を補償するための分数分周ＰＬＬにおける分周比を設定するパラメータとを対応付けて記憶しておき、水晶発振器の発振出力をクロックとしてカウントして電源投入時からの時間を計測し、カウント値に対応するパラメータ（時間依存パラメータ）を読み出して分数分周ＰＬＬ回路に設定するものであり、簡単な処理で電源投入直後の水晶発振器の偏差を補償して、シンセサイザ出力周波数を安定させることができるものである。
また、本実施の形態に係る周波数シンセサイザは、上記構成に加えて、水晶発振器に温度センサーを設け、予め測定された温度センサーの出力と周波数特性とを記憶しておき、制御部が、水晶発振器から読み取った温度−周波数特性に基づいて、温度センサーの出力に対応する水晶発振器の出力周波数の偏差を補償するための分周比を設定するパラメータを算出して、温度とパラメータとを対応付けて記憶しておき、電源投入後、温度センサーから出力される温度データに対応するパラメータ（温度依存パラメータ）と上記時間依存パラメータとを読み取り、温度依存パラメータと時間依存パラメータとが一致しない場合には、それらの平均値に基づくパラメータを分数分周ＰＬＬ回路に設定するものであり、電源投入直後の水晶発振器の偏差を補償して、シンセサイザ出力周波数を安定させることができるものである。
［実施の形態に係る水晶発振器：図１］
本実施の形態に係る周波数シンセサイザ（本周波数シンセサイザ）に用いられる水晶発振器の構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る周波数シンセサイザに用いられる水晶発振器の構成ブロック図である。
図１に示すように、本周波数シンセサイザに用いられる水晶発振器１は、基準信号源としての水晶振動子１１と、発振出力を制御するＩＣ１０とを備え、ＩＣ１０には、発振回路１６と、温度センサー１７と、メモリー１８とが設けられている。
更に、外部と接続する端子として、発振器出力を出力する発振出力端子１２と、温度センサーからの電圧を出力する温度センサー電圧出力端子１３と、外部からのクロックが供給されるクロック端子（CLK）１４と、データの授受を行うデータ端子（DATA）１５と、電源電圧端子（VDD）と、接地電圧端子（VSS）とが設けられている。
本実施の形態に係る周波数シンセサイザ（本周波数シンセサイザ）に用いられる水晶発振器の構成について図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る周波数シンセサイザに用いられる水晶発振器の構成ブロック図である。
図１に示すように、本周波数シンセサイザに用いられる水晶発振器１は、基準信号源としての水晶振動子１１と、発振出力を制御するＩＣ１０とを備え、ＩＣ１０には、発振回路１６と、温度センサー１７と、メモリー１８とが設けられている。
更に、外部と接続する端子として、発振器出力を出力する発振出力端子１２と、温度センサーからの電圧を出力する温度センサー電圧出力端子１３と、外部からのクロックが供給されるクロック端子（CLK）１４と、データの授受を行うデータ端子（DATA）１５と、電源電圧端子（VDD）と、接地電圧端子（VSS）とが設けられている。
ＩＣ１０の各構成部分について説明する。
発振回路１６は、水晶振動子１１を発振させ、発振出力を基準信号として出力する回路である。
温度センサー１７は、水晶発振器１内部の温度に応じた電圧を出力する。
メモリー１８は、不揮発性メモリーで構成され、高温から低温までの広い温度範囲について、温度センサー電圧端子１３から出力される温度センサー電圧出力と、発振出力の偏差（所定の周波数からのズレ）とを対応付けたテーブルが記憶されている。つまり、メモリー１８には、当該水晶発振器１の温度−発振出力特性が記憶されている。
また、メモリー１８に、電源投入時からの時間と、発振出力端子１２から出力される発振出力の偏差とを対応付けて、当該水晶発振器１の電源投入からの時間−発振出力特性を記憶しておいてもよい。
尚、温度−発振出力特性や時間−発振出力特性は、予め実験等により求めた測定値に基づいて記憶されるものである。
発振回路１６は、水晶振動子１１を発振させ、発振出力を基準信号として出力する回路である。
温度センサー１７は、水晶発振器１内部の温度に応じた電圧を出力する。
メモリー１８は、不揮発性メモリーで構成され、高温から低温までの広い温度範囲について、温度センサー電圧端子１３から出力される温度センサー電圧出力と、発振出力の偏差（所定の周波数からのズレ）とを対応付けたテーブルが記憶されている。つまり、メモリー１８には、当該水晶発振器１の温度−発振出力特性が記憶されている。
また、メモリー１８に、電源投入時からの時間と、発振出力端子１２から出力される発振出力の偏差とを対応付けて、当該水晶発振器１の電源投入からの時間−発振出力特性を記憶しておいてもよい。
尚、温度−発振出力特性や時間−発振出力特性は、予め実験等により求めた測定値に基づいて記憶されるものである。
また、本水晶発振器１では、ＩＣ１０に温度補償回路を搭載していない。これにより、ＩＣ１０を小型化することができ、水晶発振器１全体の小型化及び低消費電力を可能とするものである。
［本周波数シンセサイザの構成：図２］
次に、本周波数シンセサイザの構成について図２を用いて説明する。図２は、本周波数シンセサイザの構成ブロック図である。
図２に示すように、本周波数シンセサイザは、基本的には、水晶発振器１と、分数分周ＰＬＬ回路（図ではFractional-N PLL）２と、制御部３とから構成されている。
次に、本周波数シンセサイザの構成について図２を用いて説明する。図２は、本周波数シンセサイザの構成ブロック図である。
図２に示すように、本周波数シンセサイザは、基本的には、水晶発振器１と、分数分周ＰＬＬ回路（図ではFractional-N PLL）２と、制御部３とから構成されている。
各構成部分について説明する。
水晶発振器１は、図１に示したものと同等であり、本周波数シンセサイザの基準信号を出力する。
分数分周ＰＬＬ回路２は、基準信号に基づいて所定の周波数Ｆoutを生成して出力するものであり、位相比較器２２と、ループフィルタ２３と、ＶＣＯ（Voltage-Controlled Oscillator；電圧制御発振器）２４と、プログラマブル分周器２５と、ラッチ回路２６と、Ｎビットアダー２７とを備えている。
水晶発振器１は、図１に示したものと同等であり、本周波数シンセサイザの基準信号を出力する。
分数分周ＰＬＬ回路２は、基準信号に基づいて所定の周波数Ｆoutを生成して出力するものであり、位相比較器２２と、ループフィルタ２３と、ＶＣＯ（Voltage-Controlled Oscillator；電圧制御発振器）２４と、プログラマブル分周器２５と、ラッチ回路２６と、Ｎビットアダー２７とを備えている。
ＶＣＯ２４は、入力された制御電圧に応じた周波数Ｆoutを出力する。
プログラマブル分周器２５は、分周比を可変とする分周器であり、後述する制御部３からの主分周値ＭとＮビットアダー２７からのオーバーフロー信号に応じて、分周値Ｍ又は（Ｍ＋１）でＶＣＯ２４からの出力周波数を分周する。具体的には、通常（オーバーフロー信号が入力されないとき）は分周値をＭとし、オーバーフロー信号が入力された場合には分周値をＭ＋１とする。
プログラマブル分周器２５は、分周比を可変とする分周器であり、後述する制御部３からの主分周値ＭとＮビットアダー２７からのオーバーフロー信号に応じて、分周値Ｍ又は（Ｍ＋１）でＶＣＯ２４からの出力周波数を分周する。具体的には、通常（オーバーフロー信号が入力されないとき）は分周値をＭとし、オーバーフロー信号が入力された場合には分周値をＭ＋１とする。
位相比較器２２は、水晶発振器１からの発振出力ｆrefとプログラマブル分周器２５から出力される分周されたシンセサイザ出力の位相を比較して、位相差に応じた電圧（位相差信号）を出力する。
ループフィルタ２３は位相差信号を平滑化して制御電圧としてＶＣＯ２４に出力する。
ループフィルタ２３は位相差信号を平滑化して制御電圧としてＶＣＯ２４に出力する。
ラッチ回路２６とＮビットアダー２７はアキュムレータ２９を構成しており、プログラマブル分周器２５における分周値を主分周値Ｍ又は主分周値に１を加算したＭ＋１に設定するものである。
ラッチ回路２６は、最大Ｎビットラッチ可能なラッチ回路であり、水晶発振器１からの発振出力ｆrefのクロックをｎビットラッチし、クロック毎にｎビットをＮビットアダー２７に出力する。ｎは、Ｎビットアダー２７にクロック毎に加算されるステップ値（ラッチ数）であり、制御部３から指定される。
ラッチ回路２６は、最大Ｎビットラッチ可能なラッチ回路であり、水晶発振器１からの発振出力ｆrefのクロックをｎビットラッチし、クロック毎にｎビットをＮビットアダー２７に出力する。ｎは、Ｎビットアダー２７にクロック毎に加算されるステップ値（ラッチ数）であり、制御部３から指定される。
Ｎビットアダー２７は、ラッチ回路２６からの出力をクロック毎に加算し、Ｎビットをオーバーフローすると、プログラマブル分周器２５にオーバーフロー信号（図では「＋１」と記載）を出力する。すなわち、Ｎビットアダー２７は、クロック毎にｎビットずつ加算し、オーバーフローするとオーバーフロー信号を出力するものである。
つまり、プログラマブル分周器２５は、Ｎビットのクロックの内、ｎクロックの分周値をＭ＋１とすることになる。例えば、Ｎ＝８とすると、２8＝２５６クロックの内、ｎ回は分周値Ｍ＋１で分周するものである。
これにより、プログラマブル分周器２５の平均の分周値は、Ｍ＋（ｎ／２５６）となり、アダーのビット数だけ分解能を増やして分数の分周値を設定可能とするものである。
これにより、プログラマブル分周器２５の平均の分周値は、Ｍ＋（ｎ／２５６）となり、アダーのビット数だけ分解能を増やして分数の分周値を設定可能とするものである。
そして、本周波数シンセサイザでは、制御部３が主分周値Ｍ及びステップ値ｎの値を指定して、分周値を調整するようになっている。
シンセサイザ出力は、Ｆout＝ｆref×（Ｍ＋（ｎ／２N））で表され、Ｍ及びｎを調整することにより、周波数変動を補償することができるものである。
シンセサイザ出力は、Ｆout＝ｆref×（Ｍ＋（ｎ／２N））で表され、Ｍ及びｎを調整することにより、周波数変動を補償することができるものである。
制御部３は、電源投入時の周波数変動を抑制するために、プログラマブル分周器２５に適切な分周値を設定する制御を行うものであり、マイコン等で構成され、Ａ／Ｄ変換器３２と、メモリー３３と、カウンター３４とを備えている。尚、制御部３を、本シンセサイザが搭載される携帯電話機等の制御部の機能の一部として備えてもよい。
Ａ／Ｄ変換器３２は、水晶発振器１の温度センサー電圧出力端子１３からの温度センサー電圧をＡ／Ｄ変換する。
カウンター３４は、水晶発振器１からの発振出力ｆrefをクロックとしてカウントし、電源投入時からの時間を計時するものである。
メモリー３３は、プログラマブル分周器２５に適切な分周値を設定するためのパラメータとして、主分周値Ｍ及びステップ値ｎを記憶している。
本周波数シンセサイザでは、電源投入時からの時間と、水晶発振器１の周波数偏差を補償するＭ及びｎを対応付けて記憶する時間依存パラメータテーブルと、温度と周波数偏差を補償するＭ及びｎを対応付けて記憶する温度依存パラメータテーブルとを備えている。
カウンター３４は、水晶発振器１からの発振出力ｆrefをクロックとしてカウントし、電源投入時からの時間を計時するものである。
メモリー３３は、プログラマブル分周器２５に適切な分周値を設定するためのパラメータとして、主分周値Ｍ及びステップ値ｎを記憶している。
本周波数シンセサイザでは、電源投入時からの時間と、水晶発振器１の周波数偏差を補償するＭ及びｎを対応付けて記憶する時間依存パラメータテーブルと、温度と周波数偏差を補償するＭ及びｎを対応付けて記憶する温度依存パラメータテーブルとを備えている。
［パラメータテーブル：図３］
ここで、メモリー３３に記憶されている時間依存パラメータテーブルと温度依存パラメータテーブルについて図３を用いて説明する。図３は、（ａ）は時間依存パラメータテーブルの模式説明図であり、（ｂ）は温度依存パラメータテーブルの模式説明図である。
図３（ａ）に示すように、時間依存パラメータテーブルは、電源投入時からのカウンタ値（電源投入時からの時間）と、それに対応する主分周値Ｍ及びステップ値ｎを記憶しているものである。
ここで、メモリー３３に記憶されている時間依存パラメータテーブルと温度依存パラメータテーブルについて図３を用いて説明する。図３は、（ａ）は時間依存パラメータテーブルの模式説明図であり、（ｂ）は温度依存パラメータテーブルの模式説明図である。
図３（ａ）に示すように、時間依存パラメータテーブルは、電源投入時からのカウンタ値（電源投入時からの時間）と、それに対応する主分周値Ｍ及びステップ値ｎを記憶しているものである。
水晶発振器１の出力は、図７に示したように電源投入時からの時間に応じて周波数偏差が変化するため、予め実験的に電源投入時からのカウント値とそれに対応する所望の周波数からの偏差を測定して制御部３のメモリー３３に記憶しておき、制御部３で、当該周波数偏差を補償する主分周値Ｍ及びステップ値ｎを算出して、電源投入時からのカウント値に対応付けて時間依存パラメータテーブルとして記憶しているものである。
また、上述したように、電源投入時からのカウント値とそれに対応する周波数偏差（時間−発振器出力特性）を水晶発振器１のメモリー１８に記憶しておき、制御部３が水晶発振器１から時間−発振器出力特性を読み出して、当該特性に基づいてＭ及びｎを算出してメモリー３３に設定するようにしてもよい。
Ｍとｎの算出について説明すると、Ｆout／ｆrefの値の整数部をａ、小数部をｂとすると、Ｍ＝ａとして算出され、また、（ｎ／２N）＝ｂであるから、ｎ＝ｂ×２Nとして算出される。
また、上述したように、電源投入時からのカウント値とそれに対応する周波数偏差（時間−発振器出力特性）を水晶発振器１のメモリー１８に記憶しておき、制御部３が水晶発振器１から時間−発振器出力特性を読み出して、当該特性に基づいてＭ及びｎを算出してメモリー３３に設定するようにしてもよい。
Ｍとｎの算出について説明すると、Ｆout／ｆrefの値の整数部をａ、小数部をｂとすると、Ｍ＝ａとして算出され、また、（ｎ／２N）＝ｂであるから、ｎ＝ｂ×２Nとして算出される。
同様に、図３（ｂ）に示すように、温度依存パラメータテーブルは、温度データと、それに対応する主分周値Ｍ及びステップ値ｎを記憶しているものである。温度データは、水晶発振器１の温度センサー電圧出力端子１３からの電圧を制御部３のＡ／Ｄ変換器３２でデジタルデータに変換した値である。
そして、本周波数シンセサイザでは、制御部３が、水晶発振器１に記憶されている温度−発振出力特性を要求し、取得した当該温度−発振出力特性に基づいて、温度に応じた周波数偏差を補償するための主分周値Ｍ及びステップ値ｎを算出して、温度依存パラメータテーブルとして記憶しているものである。
尚、発振器１の周波数偏差を補償するＭ及びｎを制御部３で算出するのではなく、外部のコンピュータ等で算出して、時間依存パラメータテーブル及び温度依存パラメータテーブルを生成し、当該テーブルを制御部３に読み込むようにしてもよい。
また、搭載されるシステムに応じて、所望のシンセサイザ出力を可変とする場合には、各々のシンセサイザ出力周波数に応じた時間依存パラメータテーブル及び温度依存パラメータテーブルを備えることが望ましい。
あるいは、複数の周波数シンセサイザ出力に応じたテーブルを外部のコンピュータ等で生成しておき、設定されたシンセサイザ出力周波数に応じたテーブルを制御部３のメモリー３３に読み込んで記憶することも可能である。
また、搭載されるシステムに応じて、所望のシンセサイザ出力を可変とする場合には、各々のシンセサイザ出力周波数に応じた時間依存パラメータテーブル及び温度依存パラメータテーブルを備えることが望ましい。
あるいは、複数の周波数シンセサイザ出力に応じたテーブルを外部のコンピュータ等で生成しておき、設定されたシンセサイザ出力周波数に応じたテーブルを制御部３のメモリー３３に読み込んで記憶することも可能である。
［本周波数シンセサイザの動作］
本周波数シンセサイザの動作について図２を用いて説明する。
まず、電源投入時からの時間に応じて主分周値Ｍ及びステップ値ｎを制御する動作について説明する。
制御部３は、水晶発振器１の発振出力ｆrefをクロックとしてカウンター３４でカウントし、メモリー３３に記憶されている時間依存パラメータテーブルに基づいて、カウンター３４のカウント値に対応する主分周値Ｍ及びステップ値ｎを読み取って、Ｍをプログラマブル分周器２５に設定し、ｎをアキュムレータ２９に設定する。
本周波数シンセサイザの動作について図２を用いて説明する。
まず、電源投入時からの時間に応じて主分周値Ｍ及びステップ値ｎを制御する動作について説明する。
制御部３は、水晶発振器１の発振出力ｆrefをクロックとしてカウンター３４でカウントし、メモリー３３に記憶されている時間依存パラメータテーブルに基づいて、カウンター３４のカウント値に対応する主分周値Ｍ及びステップ値ｎを読み取って、Ｍをプログラマブル分周器２５に設定し、ｎをアキュムレータ２９に設定する。
プログラマブル分周器２５は、アキュムレータ２９からのオーバーフロー信号が入力されない場合には分周値Ｍで分周し、オーバーフロー信号が入力されると分周値をＭ＋１として分周する。
これにより、本周波数シンセサイザでは、電源投入からの時間に応じた周波数偏差を打ち消すよう、プログラマブル分周器２５の分周値を調整することができ、電源投入直後の周波数変動を簡単な処理で抑制することができるものである。
これにより、本周波数シンセサイザでは、電源投入からの時間に応じた周波数偏差を打ち消すよう、プログラマブル分周器２５の分周値を調整することができ、電源投入直後の周波数変動を簡単な処理で抑制することができるものである。
次に、温度センサーで測定された温度に基づいて主分周値Ｍ及びステップ値ｎを制御する動作について説明する。
制御部３は、水晶発振器１から出力される温度センサー電圧をＡ／Ｄ変換器３２でデジタルデータの温度データに変換し、メモリー３３に記憶されている温度依存パラメータテーブルを参照して、温度データに対応する主分周値Ｍ及びステップ値ｎを読み取って、それぞれ、プログラマブル分周器２５とアキュムレータ２９に設定する。
これにより、本周波数シンセサイザでは、水晶発振器１の温度に応じて、周波数偏差を打ち消す適切な分周値をプログラマブル分周器２５の分周値を設定することができ、電源投入直後のシンセサイザ出力の周波数変動を簡単な処理で抑制することができるものである。
制御部３は、水晶発振器１から出力される温度センサー電圧をＡ／Ｄ変換器３２でデジタルデータの温度データに変換し、メモリー３３に記憶されている温度依存パラメータテーブルを参照して、温度データに対応する主分周値Ｍ及びステップ値ｎを読み取って、それぞれ、プログラマブル分周器２５とアキュムレータ２９に設定する。
これにより、本周波数シンセサイザでは、水晶発振器１の温度に応じて、周波数偏差を打ち消す適切な分周値をプログラマブル分周器２５の分周値を設定することができ、電源投入直後のシンセサイザ出力の周波数変動を簡単な処理で抑制することができるものである。
更に、本周波数シンセサイザでは、電源投入時からの時間と、温度の両方を考慮した制御を行うことも可能としている。
この場合、制御部３は、カウンター３４のカウンタ値に対応する主分周値Ｍ及びステップ値ｎを時間依存パラメータテーブルから読み取り、また、Ａ／Ｄ変換器３２からの温度データに対応するＭ及びｎを温度依存パラメータから読み取る。
時間依存パラメータテーブルと温度依存パラメータテーブルから読み取ったＭ及びｎが一致していれば、当該Ｍ及びｎをそれぞれプログラマブル分周器２５とアキュムレータ２９に設定する。
この場合、制御部３は、カウンター３４のカウンタ値に対応する主分周値Ｍ及びステップ値ｎを時間依存パラメータテーブルから読み取り、また、Ａ／Ｄ変換器３２からの温度データに対応するＭ及びｎを温度依存パラメータから読み取る。
時間依存パラメータテーブルと温度依存パラメータテーブルから読み取ったＭ及びｎが一致していれば、当該Ｍ及びｎをそれぞれプログラマブル分周器２５とアキュムレータ２９に設定する。
また、２つのテーブルから読み取ったＭ、ｎが異なる場合には、それぞれの平均値又は平均値に最も近い整数値をＭ、ｎとして設定する。平均値が整数にならない場合には、切り上げ又は切り下げにより最も近い整数値を決定する。
これにより、本周波数シンセサイザでは、電源投入時からの時間と、水晶発振器１の温度とに応じて、適切な分周値を設定でき、電源投入直後の水晶発振器１の周波数偏差を精度よく補償して、シンセサイザ出力を安定させることができるものである。
これにより、本周波数シンセサイザでは、電源投入時からの時間と、水晶発振器１の温度とに応じて、適切な分周値を設定でき、電源投入直後の水晶発振器１の周波数偏差を精度よく補償して、シンセサイザ出力を安定させることができるものである。
［Ａ／Ｄ変換器を内蔵した水晶発振器：図４］
また、本周波数シンセサイザには、基準信号源として、図１に示した水晶発振器１の代わりに図４に示した水晶発振器１′を備えたものもある。
図４は、Ａ／Ｄ変換器を内蔵した水晶発振器の構成ブロック図である。
図４に示すように、水晶発振器１′は、温度センサー１７からの温度センサー電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１９を備えている。
また、メモリー１８には、温度データを書き込むエリアが設けられている。
そして、水晶発振器１′では、温度センサー１７で検出された温度センサー電圧をＡ／Ｄ変換器１９でＡ／Ｄ変換し、デジタル値の温度データをメモリー１８に一旦書き込んで、クロック端子１４からのクロックに応じてデータ端子１５から出力する。
また、本周波数シンセサイザには、基準信号源として、図１に示した水晶発振器１の代わりに図４に示した水晶発振器１′を備えたものもある。
図４は、Ａ／Ｄ変換器を内蔵した水晶発振器の構成ブロック図である。
図４に示すように、水晶発振器１′は、温度センサー１７からの温度センサー電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１９を備えている。
また、メモリー１８には、温度データを書き込むエリアが設けられている。
そして、水晶発振器１′では、温度センサー１７で検出された温度センサー電圧をＡ／Ｄ変換器１９でＡ／Ｄ変換し、デジタル値の温度データをメモリー１８に一旦書き込んで、クロック端子１４からのクロックに応じてデータ端子１５から出力する。
図２に示した本周波数シンセサイザにおいて、水晶発振器１の代わりに図４に示した水晶発振器１′を備えた場合には、水晶発振器１′のデータ端子１５からデジタルデータの温度データが出力されるので、制御部３は、当該デジタルデータを用いて温度依存パラメータテーブルを参照することができるものである。
これにより、図２に示した本周波数シンセサイザの制御部３ではＡ／Ｄ変換器３２が不要となり、装置構成を簡易にすることができるものである。
これにより、図２に示した本周波数シンセサイザの制御部３ではＡ／Ｄ変換器３２が不要となり、装置構成を簡易にすることができるものである。
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る周波数シンセサイザによれば、温度補償を行わない水晶発振器１と、分数分周ＰＬＬ回路２と、分数分周ＰＬＬにおける分周値を制御する制御部３とを備え、制御部３が、予め求められた電源投入からの時間と発振器出力周波数の偏差との関係に基づいて、電源投入からの時間とその時点での周波数偏差を補償するための主分周値Ｍとステップ値ｎとを対応付けて時間依存パラメータテーブルとしてメモリー３３に記憶しており、電源が投入されると、時間依存パラメータテーブルを参照して、カウンター３４で計測された電源投入からの時間に対応する主分周値Ｍとステップ値ｎを読み出して分数分周ＰＬＬ回路２に設定する周波数シンセサイザとしているので、電源投入からの時間に応じてテーブルから読み取った適切な分周値を設定して電源投入直後の水晶発振器１の周波数偏差を補償することができ、簡単な処理で電源投入時のシンセサイザ出力の周波数変動を抑制することができる効果がある。
本発明の実施の形態に係る周波数シンセサイザによれば、温度補償を行わない水晶発振器１と、分数分周ＰＬＬ回路２と、分数分周ＰＬＬにおける分周値を制御する制御部３とを備え、制御部３が、予め求められた電源投入からの時間と発振器出力周波数の偏差との関係に基づいて、電源投入からの時間とその時点での周波数偏差を補償するための主分周値Ｍとステップ値ｎとを対応付けて時間依存パラメータテーブルとしてメモリー３３に記憶しており、電源が投入されると、時間依存パラメータテーブルを参照して、カウンター３４で計測された電源投入からの時間に対応する主分周値Ｍとステップ値ｎを読み出して分数分周ＰＬＬ回路２に設定する周波数シンセサイザとしているので、電源投入からの時間に応じてテーブルから読み取った適切な分周値を設定して電源投入直後の水晶発振器１の周波数偏差を補償することができ、簡単な処理で電源投入時のシンセサイザ出力の周波数変動を抑制することができる効果がある。
また、本周波数シンセサイザによれば、制御部３が、水晶発振器１のメモリー１８に予め記憶された温度データと出力周波数の偏差との関係に基づいて、温度データと当該偏差を補償するための主分周値Ｍとステップ値ｎとを対応付けて温度依存パラメータテーブルとしてメモリー３３に記憶しており、電源が投入されると、温度依存パラメータテーブルを参照して、温度データに応じた主分周値Ｍとステップ値ｎを読み出し、Ｍとｎを分数分周ＰＬＬ回路２に設定する周波数シンセサイザとしているので、温度に応じてテーブルから読み取った適切な分周値を設定して電源投入直後の水晶発振器１の周波数偏差を補償することができ、簡単な処理で電源投入時のシンセサイザ出力の周波数変動を抑制することができる効果がある。
また、本周波数シンセサイザによれば、制御部３が、電源投入からの時間に応じて時間依存パラメータテーブルから主分周値Ｍとステップ値ｎとを読み出すと共に、温度データに応じて温度依存パラメータテーブルからＭとｎとを読み出し、２つのテーブルから読み出したＭ，ｎの値がそれぞれ一致していれば当該値を設定し、一致していない場合には平均値又は平均値に最も近い整数値を設定するようにしているので、時間と温度の両方を考慮して、電源投入直後の発振器出力の周波数変動を精度よく補償することができ、シンセサイザ出力を安定させる効果がある。
更に、本周波数シンセサイザによれば、Ａ／Ｄ変換器１９を備えた水晶発振器１′を基準信号源として用いることにより、制御部３にＡ／Ｄ変換器３２を設ける必要がなくなり、装置構成を簡易にすることができる効果がある。
［別の水晶発振器の例：図５］
次に、電源投入直後の周波数の変動を小さくする別の実施の形態に係る水晶発振器（別の水晶発振器）について説明する。
別の水晶発振器は、温度変化による周波数変動を内部の処理によって補償するＴＣＸＯである。
別の水晶発振器の構成について図５を用いて説明する。図５は、別の水晶発振器の構成を示す概略構成ブロック図である。
図５に示すように、別の水晶発振器は、温度センサー４１と、電圧切替器４２と、タイマー回路４３と、三次関数電圧発生回路４４と、データ記憶部４５と、発振回路４６とを備えている。
次に、電源投入直後の周波数の変動を小さくする別の実施の形態に係る水晶発振器（別の水晶発振器）について説明する。
別の水晶発振器は、温度変化による周波数変動を内部の処理によって補償するＴＣＸＯである。
別の水晶発振器の構成について図５を用いて説明する。図５は、別の水晶発振器の構成を示す概略構成ブロック図である。
図５に示すように、別の水晶発振器は、温度センサー４１と、電圧切替器４２と、タイマー回路４３と、三次関数電圧発生回路４４と、データ記憶部４５と、発振回路４６とを備えている。
通常、水晶発振器の温度特性は、三次関数によって表されるものであり、ＴＣＸＯでは、当該三次関数の逆位相の三次関数を生成して、それによって温度の変化によって生じる周波数偏差を打ち消すようにしている。
一般に、電源投入時にはＩＣの温度だけが急激に上昇して、ＩＣと水晶振動子との温度差が大きくなるために出力周波数が不安定となっているが、別の水晶発振器では、電源投入から一定時間の間は、見かけの温度差を小さくする制御を行って、出力周波数の変動を補償するものである。
一般に、電源投入時にはＩＣの温度だけが急激に上昇して、ＩＣと水晶振動子との温度差が大きくなるために出力周波数が不安定となっているが、別の水晶発振器では、電源投入から一定時間の間は、見かけの温度差を小さくする制御を行って、出力周波数の変動を補償するものである。
各部について説明する。
温度センサー４１は、従来と同様のものであり、水晶発振器の温度に応じた電圧を出力する。
タイマー４３は、電源投入からの時間を計時し、予め設定された一定時間が経過すると電圧切替器４２にタイムアップを報知する。タイムアップするまでの一定時間は、実験的に求められ、電源投入後、ＩＣと水晶の温度がほぼ等しくなるのに要する時間としている。
温度センサー４１は、従来と同様のものであり、水晶発振器の温度に応じた電圧を出力する。
タイマー４３は、電源投入からの時間を計時し、予め設定された一定時間が経過すると電圧切替器４２にタイムアップを報知する。タイムアップするまでの一定時間は、実験的に求められ、電源投入後、ＩＣと水晶の温度がほぼ等しくなるのに要する時間としている。
電圧切替器４２は、温度センサー４１からの電圧を電源投入からの時間に応じて切り替えて、温度センサー電圧として三次関数電圧発生回路４４に出力する。
別の発振器の特徴として、電圧切替器４２は、電源投入直後の一定時間は、温度の上昇に対する温度センサー電圧上昇の割合を通常よりも低くした電圧を出力し、一定時間経過後（タイマー回路４３のタイムアップ後）は、温度センサー４１からの電圧をそのまま出力する。
これにより、電源投入後一定時間は、温度の上昇に比べて温度センサー電圧の上昇は小さくなるため、実際よりも低い温度が検出されたことと同等になり、ＩＣと水晶振動子との温度の差を見かけ上小さくすることができるものである。
また、例えば、電源投入直後に傾きを低下させて、タイムアップまでの時間の経過と共に一様な割合、若しくは水晶振動子の温度変化に比例する関数に従って傾きを徐々に増加させ、タイムアップ時には温度センサー４１の電圧と等しくなるよう制御する等、傾きを時間経過と共に連続的に変化させるようにしてもよい。
別の発振器の特徴として、電圧切替器４２は、電源投入直後の一定時間は、温度の上昇に対する温度センサー電圧上昇の割合を通常よりも低くした電圧を出力し、一定時間経過後（タイマー回路４３のタイムアップ後）は、温度センサー４１からの電圧をそのまま出力する。
これにより、電源投入後一定時間は、温度の上昇に比べて温度センサー電圧の上昇は小さくなるため、実際よりも低い温度が検出されたことと同等になり、ＩＣと水晶振動子との温度の差を見かけ上小さくすることができるものである。
また、例えば、電源投入直後に傾きを低下させて、タイムアップまでの時間の経過と共に一様な割合、若しくは水晶振動子の温度変化に比例する関数に従って傾きを徐々に増加させ、タイムアップ時には温度センサー４１の電圧と等しくなるよう制御する等、傾きを時間経過と共に連続的に変化させるようにしてもよい。
データ記憶部４５は、当該水晶発振器における温度と所望の周波数からの周波数偏差を記憶している。
また、三次関数電圧発生回路４４は、データ記憶部４５に記憶されている温度と周波数偏差の値から、当該温度特性を補償する三次関数を発生して、発生した三次関数と電圧切換器４２からの温度センサー電圧に応じた電圧を発振回路４６の可変容量素子に印加する。
また、三次関数電圧発生回路４４は、データ記憶部４５に記憶されている温度と周波数偏差の値から、当該温度特性を補償する三次関数を発生して、発生した三次関数と電圧切換器４２からの温度センサー電圧に応じた電圧を発振回路４６の可変容量素子に印加する。
発振回路４６は、水晶振動子（図示せず）を発振させて発振器出力を取り出す回路であり、可変容量素子（バリキャップダイオード）を備え、三次関数電圧発生回路４４から印加される電圧で可変容量素子の容量を変化させて水晶発振器の温度特性を補償する。
［温度センサー出力電圧特性：図６］
次に、別の水晶発振器における温度センサー出力電圧特性について図６を用いて説明する。図６は、別の水晶発振器における温度センサー出力電圧特性を示す模式説明図である。
図６に示すように、温度センサー４１からの電圧の温度に対する特性を（ａ）とすると、電源投入から一定時間は、（ｂ）に示すように温度増加に対する電圧増加の割合を小さく（傾きを小さく）するよう、電圧切替器４２が電圧を変換して出力する。各温度において、（ｂ）は一定の割合で（ａ）より低い電圧値となっている。
次に、別の水晶発振器における温度センサー出力電圧特性について図６を用いて説明する。図６は、別の水晶発振器における温度センサー出力電圧特性を示す模式説明図である。
図６に示すように、温度センサー４１からの電圧の温度に対する特性を（ａ）とすると、電源投入から一定時間は、（ｂ）に示すように温度増加に対する電圧増加の割合を小さく（傾きを小さく）するよう、電圧切替器４２が電圧を変換して出力する。各温度において、（ｂ）は一定の割合で（ａ）より低い電圧値となっている。
［別の発振器の動作］
別の発振器の動作について簡単に説明する。
別の発振器では、電源が投入されると、タイマー回路４３が計時を開始する。温度センサー４１は、温度を検出して温度に応じた電圧を出力する。
電圧切替器４２は、電源投入から一定時間の間は、図６（ｂ）の特性となるよう、温度センサー４１からの電圧を一定の割合で低下させて温度センサー電圧として三次関数電圧発生回路４４に出力し、三次関数電圧発生回路４４では、入力された温度センサー電圧と記憶されている三次関数に基づいて電圧を決定し、発振回路４６の可変容量素子に印加する。
そして、タイマー回路４３からタイムアップが報知されると、ＩＣと水晶との温度はほぼ等しくなっているので、電圧切替器４２は、温度センサー４１からの電圧をそのまま温度センサー電圧として出力する。
別の発振器の動作について簡単に説明する。
別の発振器では、電源が投入されると、タイマー回路４３が計時を開始する。温度センサー４１は、温度を検出して温度に応じた電圧を出力する。
電圧切替器４２は、電源投入から一定時間の間は、図６（ｂ）の特性となるよう、温度センサー４１からの電圧を一定の割合で低下させて温度センサー電圧として三次関数電圧発生回路４４に出力し、三次関数電圧発生回路４４では、入力された温度センサー電圧と記憶されている三次関数に基づいて電圧を決定し、発振回路４６の可変容量素子に印加する。
そして、タイマー回路４３からタイムアップが報知されると、ＩＣと水晶との温度はほぼ等しくなっているので、電圧切替器４２は、温度センサー４１からの電圧をそのまま温度センサー電圧として出力する。
これにより、別の水晶発振器では、電源投入から一定時間の間は、実際よりも低く温度が検出されることになり、ＩＣと水晶振動子との見かけの温度差を小さくでき、電源投入直後の発振器出力の周波数偏差を小さくすることができる効果がある。
また、別の水晶発振器によれば、簡易な構成を追加するだけで、電源投入直後の周波数変動を抑制した水晶発振器を容易に実現することができる効果がある。
また、別の水晶発振器を用いて周波数シンセサイザを構成してもよく、電源投入直後のシンセサイザ出力を安定させることができる効果がある。
また、別の水晶発振器によれば、簡易な構成を追加するだけで、電源投入直後の周波数変動を抑制した水晶発振器を容易に実現することができる効果がある。
また、別の水晶発振器を用いて周波数シンセサイザを構成してもよく、電源投入直後のシンセサイザ出力を安定させることができる効果がある。
本発明は、電源投入直後の出力周波数を安定させることができる周波数シンセサイザに適している。
１…水晶発振器、 ２…分数分周ＰＬＬ回路（Fractional-N PLL）、 ３…制御部、 １０…ＩＣ、 １１…水晶振動子、 １２…発振出力端子、 １３…温度センサー電圧出力端子、 １４…クロック端子、 １５…データ端子、 １６…発振回路、 １７…温度センサー、 １８…メモリー、 １９…Ａ／Ｄ変換器、 ２２…位相比較器、 ２３…ループフィルタ、 ２４…ＶＣＯ、 ２５…プログラマブル分周器、 ２６…ラッチ回路、 ２７…Ｎビットアダー、 ２９…アキュムレータ、 ３２…Ａ／Ｄ変換器、 ３３…メモリー、 ３４…カウンター、 ４１…温度センサー、 ４２…電圧切替器、 ４３…タイマー回路、 ４４…三次関数電圧発生回路、 ４５…データ記憶部、 ４６…発振回路
Claims (6)
- 基準信号を発生する水晶発振器と、設定された主分周値及びステップ値によって特定される分周値で電圧制御発振器の出力信号を分周して、前記基準信号と前記分周された信号との位相差に基づいて前記電圧制御発振器の出力周波数を制御する分数分周ＰＬＬ回路と、主分周値とステップ値とを前記分数分周ＰＬＬ回路に設定する制御部とを備えた周波数シンセサイザであって、
前記水晶発振器が、温度補償回路を備えておらず、
前記分数分周ＰＬＬ回路が、電圧制御発振器と、プログラマブル分周器と、位相比較器と、ループフィルタと、ラッチ回路と、加算器とを備え、
前記ラッチ回路が、前記基準信号をクロックとして、設定されたステップ数をクロック毎に出力し、
前記加算器が、前記ラッチ回路からの出力をクロック毎に加算し、オーバーフローした場合にオーバーフロー信号を前記プログラマブル分周器に出力し、
前記プログラマブル分周器が、前記加算器から前記オーバーフロー信号が入力されないときには前記主分周値で分周し、前記オーバーフロー信号が入力されたときには前記主分周値に１を加算した値で分周し、
前記制御部が、電源投入からの時間に応じた前記水晶発振器の出力周波数の偏差の情報に基づいて、前記偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を電源投入からの時間に対応付けて記憶しておき、電源が投入されると、前記電源投入からの時間を計時し、前記計時された時間に対応して記憶された主分周値及びステップ値を読み出して、前記主分周値を前記プログラマブル分周器に設定すると共に、前記ステップ値を前記ラッチ回路に設定することを特徴とする周波数シンセサイザ。 - 基準信号を発生する水晶発振器と、設定された主分周値及びステップ値によって特定される分周値で電圧制御発振器の出力信号を分周して、前記基準信号と前記分周された信号との位相差に基づいて前記電圧制御発振器の出力周波数を制御する分数分周ＰＬＬ回路と、主分周値とステップ値とを前記分数分周ＰＬＬ回路に設定する制御部とを備えた周波数シンセサイザであって、
前記水晶発振器が、温度を検出する温度センサーを備え、温度補償回路を備えておらず、
前記分数分周ＰＬＬ回路が、電圧制御発振器と、プログラマブル分周器と、位相比較器と、ループフィルタと、ラッチ回路と、加算器とを備え、
前記ラッチ回路が、前記基準信号をクロックとして、設定されたステップ数をクロック毎に出力し、
前記加算器が、前記ラッチ回路からの出力をクロック毎に加算し、オーバーフローした場合にオーバーフロー信号を前記プログラマブル分周器に出力し、
前記プログラマブル分周器が、前記加算器から前記オーバーフロー信号が入力されないときには前記主分周値で分周し、前記オーバーフロー信号が入力されたときには前記主分周値に１を加算した値で分周し、
制御部が、温度とそれに対応する前記水晶発振器の出力周波数の偏差の情報に基づいて、前記偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を温度に対応付けて記憶しておき、電源が投入されると、前記温度センサーで検出された温度に対応して記憶された主分周値及びステップ値を読み出して、前記主分周値を前記プログラマブル分周器に設定すると共に、前記ステップ値を前記ラッチ回路に設定することを特徴とする周波数シンセサイザ。 - 水晶発振器が、温度を検出する温度センサーを備え、
制御部が、温度とそれに対応する出力周波数の偏差の情報に基づいて、前記偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を温度に対応付けて記憶しておき、電源が投入されると、前記温度センサーで検出された温度に対応して記憶された主分周値及びステップ値を読み出し、前記温度に対応して記憶された主分周値及びステップ値が、時間に対応して記憶された主分周値及びステップ値と一致する場合には、前記一致した主分周値及びステップ値を設定し、一致しない場合には、主分周値として、前記温度に対応して記憶された主分周値と前記時間に対応して記憶された主分周値との平均値又は前記平均値に最も近い整数値を設定し、ステップ値として、前記温度に対応して記憶されたステップ値と前記時間に対応して記憶されたステップ値との平均値又は前記平均値に最も近い整数値を設定することを特徴とする請求項１記載の周波数シンセサイザ。 - 水晶発振器が、電源投入からの時間に応じた前記水晶発振器の出力周波数の偏差の情報を記憶するメモリーを備え、
制御部が、前記メモリーから前記電源投入からの時間に応じた前記水晶発振器の出力周波数の偏差の情報を読み出し、前記情報に基づいて偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を算出して、電源投入からの時間に対応付けて記憶しておくことを特徴とする請求項１又は３記載の周波数シンセサイザ。 - 水晶発振器が、温度とそれに対応する前記水晶発振器の出力周波数の偏差の情報を記憶するメモリーを備え、
制御部が、前記メモリーから前記温度とそれに対応する前記水晶発振器の出力周波数の偏差の情報を読み出し、前記情報に基づいて偏差を補償する分周値とするための主分周値及びステップ値を算出して、温度に対応付けて記憶しておくことを特徴とする請求項２又は３記載の周波数シンセサイザ。 - 制御部が主分周値及びステップ値を算出する処理を行う代わりに、前記処理を外部装置で行わせることを特徴とする請求項４又は５記載の周波数シンセサイザ。
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