JP2013211654A - Oscillator, electronic apparatus and temperature compensation method for oscillator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発振器、電子機器及び発振器の温度補償方法に関する。 The present invention relates to an oscillator, an electronic device, and a temperature compensation method for the oscillator.
温度補償型水晶発振器(TCXO:Temperature Compensated X’tal Oscillator)は、所定の温度範囲で水晶振動子の発振周波数の所望の周波数(公称周波数)からのずれ(周波数偏差)をキャンセルすることにより高い周波数安定度が得られるため、携帯電話の端末や基地局、GPS(Global Positioning System)受信機等の高精度のタイミング信号を必要とする機器やシステムに広く使用されている。 A temperature-compensated crystal oscillator (TCXO: Temperature Compensated X'tal Oscillator) has a high frequency by canceling the deviation (frequency deviation) from the desired frequency (nominal frequency) of the oscillation frequency of the crystal resonator in a predetermined temperature range. Since stability is obtained, it is widely used in devices and systems that require highly accurate timing signals, such as mobile phone terminals, base stations, and GPS (Global Positioning System) receivers.
TCXOには、一般に、周波数温度特性が3次関数で近似されるATカット水晶振動子が用いられるが、個々のATカット水晶振動子でこの3次関数が異なる。そのため、TCXOの最終検査において、4点以上の温度と発振周波数との関係を求めてこの3次関数の各係数を算出し、温度補償データとしてTCXO内部のメモリーに書き込む工程(温度補償工程)が設けられる。そして、TCXOが動作する際には、この温度補償データに基づいて、水晶振動子の周波数温度特性を補償するような電圧(温度補償電圧)を内部で発生させて、出力される発振信号の周波数温度特性がフラットに近づくようにしている。 In general, an AT-cut quartz crystal whose frequency temperature characteristic is approximated by a cubic function is used for TCXO, but this cubic function is different for each AT-cut quartz crystal. Therefore, in the final inspection of TCXO, there is a process (temperature compensation process) in which a relationship between four or more temperatures and oscillation frequencies is obtained, each coefficient of this cubic function is calculated, and temperature compensation data is written in the memory inside TCXO. Provided. When the TCXO operates, a voltage (temperature compensation voltage) that compensates the frequency temperature characteristic of the crystal resonator is generated internally based on the temperature compensation data, and the frequency of the output oscillation signal is output. The temperature characteristics are made to approach flat.
しかしながら、水晶振動子の周波数温度特性は完全な3次関数ではないため、完全にフラットにすることはできず周波数偏差が残る。この周波数偏差をなるべく小さくするためには、水晶振動子の周波数温度特性をなるべく高次の関数で近似し、検査工程においてより多くの温度での発振周波数を取得してデータ量の大きい温度補償データを作成し、メモリーに書き込む必要がある。また、この温度補償データを使用して高次の関数に対応する温度補償電圧を発生させる複雑な回路も必要になる。そのため、極めて高精度な周波数が要求される場合、TCXOの面積コストや検査コストが大幅に増大し、現実的でない場合もある。 However, since the frequency temperature characteristic of the crystal resonator is not a perfect cubic function, it cannot be made completely flat and a frequency deviation remains. In order to reduce this frequency deviation as much as possible, the frequency temperature characteristics of the crystal unit are approximated by a higher-order function as much as possible, and temperature compensation data with a large amount of data is obtained by acquiring oscillation frequencies at more temperatures in the inspection process. Must be created and written to memory. Further, a complicated circuit for generating a temperature compensation voltage corresponding to a higher-order function using the temperature compensation data is also required. Therefore, when an extremely high-accuracy frequency is required, the area cost and inspection cost of the TCXO are greatly increased, which may not be realistic.
このような問題を解決するために、特許文献1では、温度検出回路からの温度情報をA/D変換器の情報に応じて、予め温度補償水晶発振器で得られなかった温度補償誤差のデータを記憶したメモリー回路の出力をD/A変換器でアナログ信号に変換した出力電圧と、温度補償水晶発振器の関数発生回路の出力電圧とを加算回路に入力して得られた補償電圧を電圧制御発振回路に入力して補償する温度補償発振回路が提案されている。この発振回路によれば、アナログ処理により温度補償した特性をデジタル処理により更に補償精度を上げる構成から、デジタルで扱う補償幅が小さくて済み、デジタル処理に用いるメモリーの分解能を小さくすることができ、発振回路自体の小型化を実現すると共に、デジタルの補償幅が小さいためにノイズも大幅に抑制することができる。 In order to solve such a problem, in Patent Document 1, the temperature information from the temperature detection circuit is converted into temperature compensation error data that was not previously obtained by the temperature compensated crystal oscillator according to the information of the A / D converter. Voltage-controlled oscillation of the compensation voltage obtained by inputting the output voltage of the stored memory circuit into an analog signal with a D / A converter and the output voltage of the function generation circuit of the temperature-compensated crystal oscillator. A temperature compensated oscillation circuit that compensates by inputting to a circuit has been proposed. According to this oscillation circuit, since the compensation accuracy is further improved by the digital processing of the characteristics compensated for the temperature by the analog processing, the compensation range to be handled digitally is small, and the resolution of the memory used for the digital processing can be reduced. The oscillation circuit itself can be reduced in size, and noise can be significantly suppressed because the digital compensation width is small.
しかしながら、特許文献1の手法をTCXOに適用すると、水晶振動子の周波数温度特性を補償するのに十分な感度の可変容量素子に、アナログ処理による生成される電圧とデジタル処理により生成される電圧を加算した補償電圧が印加されることになる。そのため、デジタル処理で発生するノイズが感度の大きい可変容量素子に印加されることになり、TCXOから出力される発振信号の位相ノイズが大きくなるおそれがある。 However, when the technique of Patent Document 1 is applied to TCXO, a voltage generated by analog processing and a voltage generated by digital processing are applied to a variable capacitance element having sufficient sensitivity to compensate the frequency temperature characteristics of the crystal resonator. The added compensation voltage is applied. For this reason, noise generated by digital processing is applied to a variable capacitance element having high sensitivity, and there is a possibility that phase noise of an oscillation signal output from the TCXO increases.
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、温度補償の精度を向上させるとともに、発振信号の位相ノイズをより低減させることが可能な発振器、電子機器及び発振器の温度補償方法を提供することができる。 The present invention has been made in view of the above problems, and according to some aspects of the present invention, it is possible to improve the accuracy of temperature compensation and further reduce the phase noise of the oscillation signal. Possible oscillators, electronic devices and oscillator temperature compensation methods can be provided.
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following aspects or application examples.
[適用例1]
本適用例に係る発振器は、発振素子と、第1の可変容量部と第2の可変容量部とを備え、前記発振素子を前記第1の可変容量部の容量値及び第2の可変容量部の容量値に応じた周波数で発振させる発振回路と、前記発振素子の周辺の温度を検出する温度検出部と、前記発振素子の周波数温度特性情報と前記温度検出部の検出信号とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を基準となる発振周波数に近づけるように温度補償するための第1の温度補償信号を生成する第1の温度補償信号生成部と、前記温度補償された発振周波数と前記基準となる発振周波数との差である発振周波数の誤差を補正するための温度補償情報と前記温度検出部の検出信号とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を温度補償するための第2の温度補償信号を生成する第2の温度補償信号生成部と、を含み、前記第1の可変容量部は、前記第1の温度補償信号に応じて容量値が変化し、前記第2の可変容量部は、前記第2の温度補償信号に応じて容量値が変化する。
[Application Example 1]
An oscillator according to this application example includes an oscillation element, a first variable capacitance unit, and a second variable capacitance unit, and the oscillation element includes a capacitance value of the first variable capacitance unit and a second variable capacitance unit. Based on the oscillation circuit that oscillates at a frequency according to the capacitance value of the above, a temperature detection unit that detects the temperature around the oscillation element, frequency temperature characteristic information of the oscillation element and the detection signal of the temperature detection unit, A first temperature compensation signal generating unit for generating a first temperature compensation signal for temperature compensation so that the oscillation frequency of the oscillation element approaches a reference oscillation frequency; and the temperature compensated oscillation frequency and the reference A second temperature for temperature compensation of the oscillation frequency of the oscillation element based on temperature compensation information for correcting an error of the oscillation frequency that is a difference from the oscillation frequency to be and a detection signal of the temperature detection unit. Generate compensation signal And a temperature value of the first variable capacitance unit changes according to the first temperature compensation signal, and the second variable capacitance unit includes the second temperature compensation signal generation unit. The capacitance value changes according to the temperature compensation signal.
本適用例に係る発振器によれば、第1の温度補償信号により補償しきれない発振周波数の誤差を第2の温度補償信号により補正するので、第1の温度補償信号による温度補償のみを行う場合と比較して、温度補償の精度が向上し、発振周波数の精度をより高くすることができる。 According to the oscillator according to this application example, since the error of the oscillation frequency that cannot be compensated for by the first temperature compensation signal is corrected by the second temperature compensation signal, only the temperature compensation by the first temperature compensation signal is performed. Compared with, the accuracy of temperature compensation is improved, and the accuracy of the oscillation frequency can be further increased.
また、本適用例に係る発振器によれば、第2の温度補償信号による温度補償用に、第1の可変容量部とは独立して第2の可変容量部を設けたことで、第1の可変容量部の感度(第1の温度補償信号の大きさに対する発振周波数の変化量の大きさ)に関係なく、第2の可変容量部の感度を自由に設定することができる。従って、例えば、第2の可変容量部の感度(第2の温度補償信号の大きさに対する発振周波数の変化量の大きさ)を、発振信号の位相ノイズが低減するような最適な感度に設定することで、より高い周波数精度を実現することができる。 In addition, according to the oscillator according to this application example, the second variable capacitance unit is provided independently of the first variable capacitance unit for temperature compensation by the second temperature compensation signal. Regardless of the sensitivity of the variable capacitor (the amount of change in the oscillation frequency relative to the size of the first temperature compensation signal), the sensitivity of the second variable capacitor can be set freely. Therefore, for example, the sensitivity of the second variable capacitance section (the magnitude of the change in the oscillation frequency with respect to the magnitude of the second temperature compensation signal) is set to an optimum sensitivity that reduces the phase noise of the oscillation signal. Thus, higher frequency accuracy can be realized.
[適用例2]
上記適用例に係る発振器において、前記第2の可変容量部の感度は、前記第1の可変容量部の感度よりも低いようにしてもよい。
[Application Example 2]
In the oscillator according to the application example described above, the sensitivity of the second variable capacitance unit may be lower than the sensitivity of the first variable capacitance unit.
本適用例に係る発振器によれば、第2の可変容量部の感度がより低いので、第1の温度補償信号による温度補償と第2の温度補償信号による温度補償を1つの可変容量素子を用いて行う場合と比較して、第2の温度補償信号生成部で発生するノイズに起因する発振信号の位相ノイズを低減させることができるので、より高い周波数精度を実現することができる。 According to the oscillator according to this application example, since the sensitivity of the second variable capacitance unit is lower, one variable capacitance element is used for the temperature compensation by the first temperature compensation signal and the temperature compensation by the second temperature compensation signal. As compared with the case of performing the above, the phase noise of the oscillation signal caused by the noise generated in the second temperature compensation signal generation unit can be reduced, so that higher frequency accuracy can be realized.
[適用例3]
上記適用例に係る発振器において、前記第2の可変容量部は、外部から入力される制御信号に応じて容量値が変化するようにしてもよい。
[Application Example 3]
In the oscillator according to the application example, the capacitance value of the second variable capacitance unit may change according to a control signal input from the outside.
本適用例に係る発振器によれば、高い周波数精度を維持しながら、外部から発振周波数を調整することができる。 According to the oscillator according to this application example, it is possible to adjust the oscillation frequency from the outside while maintaining high frequency accuracy.
[適用例4]
上記適用例に係る発振器において、前記第2の温度補償信号生成部は、前記温度補償情報及び前記温度検出部の検出信号とともに、外部から入力される制御信号に基づいて、前記第2の温度補償信号を生成するようにしてもよい。
[Application Example 4]
In the oscillator according to the application example, the second temperature compensation signal generation unit is configured to perform the second temperature compensation signal based on a control signal input from the outside together with the temperature compensation information and the detection signal of the temperature detection unit. A signal may be generated.
本適用例に係る発振器によれば、第2の温度補償信号による温度補償と周波数制御を同時に行うための第2の温度補償信号を、第2の温度補償信号生成部の処理に基づいて発生させるので、第2の可変容量素子の感度特性に合わせたきめ細かい制御を行うことができる。 According to the oscillator according to this application example, the second temperature compensation signal for simultaneously performing the temperature compensation by the second temperature compensation signal and the frequency control is generated based on the processing of the second temperature compensation signal generation unit. Therefore, fine control can be performed in accordance with the sensitivity characteristic of the second variable capacitance element.
[適用例5]
上記適用例に係る発振器において、前記第2の可変容量部は、複数の可変容量素子と複数のスイッチ素子とを含む容量バンクであり、前記第2の温度補償信号生成部は、前記第2の温度補償信号として、前記複数のスイッチ素子の各々の開閉を制御する信号を生成するようにしてもよい。
[Application Example 5]
In the oscillator according to the application example, the second variable capacitance unit is a capacitor bank including a plurality of variable capacitance elements and a plurality of switch elements, and the second temperature compensation signal generation unit is configured to include the second temperature compensation signal generation unit. As the temperature compensation signal, a signal for controlling the opening / closing of each of the plurality of switch elements may be generated.
第2の温度補償信号による温度補償に容量バンクを用いる(可変容量素子を用いない)ことから、発振信号の位相ノイズを低減させることができる。 Since the capacitor bank is used for temperature compensation by the second temperature compensation signal (no variable capacitor is used), the phase noise of the oscillation signal can be reduced.
[適用例6]
本適用例に係る電子機器は、上記のいずれかの適用例に係る発振器を含む。
[Application Example 6]
The electronic device according to this application example includes the oscillator according to any one of the application examples described above.
[適用例7]
本適用例に係る発振器の温度補償方法は、振素子と、第1の可変容量部と第2の可変容量部とを備え、前記発振素子を前記第1の可変容量部の容量値及び第2の可変容量部の容量値に応じた周波数で発振させる発振回路と、を含む発振器の発振周波数を温度補償する、発振器の温度補償方法であって、前記発振素子の周辺の温度を検出する温度検出ステップと、前記発振素子の周波数温度特性情報と前記温度検出ステップの検出結果とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を基準となる発振周波数に近づけるように温度補償するための第1の温度補償信号を生成する第1の温度補償信号生成ステップと、前記温度補償された発振周波数と前記基準となる発振周波数との差である発振周波数の誤差を補正するための温度補償情報と前記温度検出ステップの検出結果とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を温度補償するための第2の温度補償信号を生成する第2の温度補償信号生成ステップと、を含み、前記第1の可変容量部は、前記第1の温度補償信号に応じて容量値が変化し、前記第2の可変容量部は、前記第2の温度補償信号に応じて容量値が変化する。
[Application Example 7]
The temperature compensation method for an oscillator according to this application example includes a vibration element, a first variable capacitor unit, and a second variable capacitor unit, and the oscillator device includes a capacitance value of the first variable capacitor unit and a second variable capacitor unit. An oscillation circuit that oscillates at a frequency corresponding to the capacitance value of the variable capacitance portion of the oscillator, and a temperature compensation method for the oscillator that compensates the temperature of the oscillation frequency of the oscillator, the temperature detection detecting the temperature around the oscillation element First temperature compensation for temperature compensation so that the oscillation frequency of the oscillation element approaches a reference oscillation frequency based on the step, the frequency temperature characteristic information of the oscillation element, and the detection result of the temperature detection step A first temperature compensation signal generating step for generating a signal, temperature compensation information for correcting an error in oscillation frequency, which is a difference between the temperature compensated oscillation frequency and the reference oscillation frequency, and the temperature detection. And a second temperature compensation signal generating step for generating a second temperature compensation signal for temperature compensating the oscillation frequency of the oscillation element based on the detection result of the step, the first variable capacitance unit The capacitance value changes according to the first temperature compensation signal, and the capacitance value of the second variable capacitance section changes according to the second temperature compensation signal.
本適用例に係る発振器の温度補償方法によれば、第1の温度補償信号により補償しきれない発振周波数の誤差を第2の温度補償信号により補正するので、第1の温度補償信号による温度補償のみを行う場合と比較して、温度補償の精度が向上し、発振周波数の精度をより高くすることができる。 According to the temperature compensation method of the oscillator according to this application example, the error of the oscillation frequency that cannot be compensated by the first temperature compensation signal is corrected by the second temperature compensation signal. Therefore, the temperature compensation by the first temperature compensation signal is performed. Compared with the case where only the operation is performed, the accuracy of the temperature compensation is improved, and the accuracy of the oscillation frequency can be further increased.
また、本適用例に係る発振器の温度補償方法によれば、第2の温度補償信号による温度補償用に、第1の可変容量部とは独立して第2の可変容量部を設けたことで、第1の可変容量部の感度に関係なく、第2の可変容量部の感度を自由に設定することができる。従って、例えば、第2の可変容量部の感度を、発振信号の位相ノイズが低減するような最適な感度に設定することで、より高い周波数精度を実現することができる。 In addition, according to the temperature compensation method for an oscillator according to this application example, the second variable capacitance unit is provided independently of the first variable capacitance unit for temperature compensation by the second temperature compensation signal. The sensitivity of the second variable capacitor can be freely set regardless of the sensitivity of the first variable capacitor. Therefore, for example, by setting the sensitivity of the second variable capacitance unit to an optimum sensitivity that reduces the phase noise of the oscillation signal, higher frequency accuracy can be realized.
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. Also, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.
1.発振器
1−1.第1実施形態
図1は、第1実施形態の発振器の構成例を示す図である。図1に示すように、第1実施形態の発振器1は、水晶振動子2と集積回路(IC:Integrated Circuit)100を含んで構成されている、温度補償型水晶発振器(TCXO)である。
1. Oscillator 1-1. First Embodiment FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an oscillator according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the oscillator 1 of the first embodiment is a temperature compensated crystal oscillator (TCXO) including a crystal resonator 2 and an integrated circuit (IC) 100.
IC100は、発振回路10、温度検出回路20、関数発生回路30、A/D変換回路40、データ変換回路50、D/A変換回路60、記憶部70を含んで構成されている。 The IC 100 includes an oscillation circuit 10, a temperature detection circuit 20, a function generation circuit 30, an A / D conversion circuit 40, a data conversion circuit 50, a D / A conversion circuit 60, and a storage unit 70.
水晶振動子2は、一端がIC100の外部端子101と接続されており、他端がIC100の外部端子102と接続されている。 One end of the crystal unit 2 is connected to the external terminal 101 of the IC 100, and the other end is connected to the external terminal 102 of the IC 100.
発振回路10のS1端子及びS2端子は、それぞれIC100の外部端子101及び外部端子102と接続されている。すなわち、発振回路10は、IC100の外部端子101及び外部端子102を介して水晶振動子2の両端と接続されている。発振回路10は、可変容量素子11(第1の可変容量部の一例)と可変容量素子12(第2の可変容量部の一例)を備えており、可変容量素子11の容量値と可変容量素子12の容量値に応じた周波数で水晶振動子2を発振させる。水晶振動子2の発振により発生する発振信号は、発振回路10のOUT端子から外部端子103を介して外部に出力される。 The S1 terminal and S2 terminal of the oscillation circuit 10 are connected to the external terminal 101 and the external terminal 102 of the IC 100, respectively. That is, the oscillation circuit 10 is connected to both ends of the crystal resonator 2 via the external terminal 101 and the external terminal 102 of the IC 100. The oscillation circuit 10 includes a variable capacitance element 11 (an example of a first variable capacitance section) and a variable capacitance element 12 (an example of a second variable capacitance section). The capacitance value of the variable capacitance element 11 and the variable capacitance element The crystal unit 2 is oscillated at a frequency corresponding to the capacitance value of 12. An oscillation signal generated by the oscillation of the crystal unit 2 is output to the outside from the OUT terminal of the oscillation circuit 10 via the external terminal 103.
図2は、発振回路10の構成例を示す図である。図2に示すように、発振回路10は、可変容量素子(可変容量ダイオード)11、可変容量素子(可変容量ダイオード)12、抵抗13、抵抗14、コンデンサー15、コンデンサー16、CMOSインバーター17、抵抗18を含んで構成されている。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the oscillation circuit 10. As shown in FIG. 2, the oscillation circuit 10 includes a variable capacitance element (variable capacitance diode) 11, a variable capacitance element (variable capacitance diode) 12, a resistor 13, a resistor 14, a capacitor 15, a capacitor 16, a CMOS inverter 17, and a resistor 18. It is comprised including.
CMOSインバーター17は、入力端子(ゲート端子)と出力端子(ドレイン端子)がそれぞれS1端子とS2端子を介して水晶振動子2の両端に接続されており、水晶振動子2の出力信号を増幅して水晶振動子2に入力する増幅素子として機能する。CMOSインバーター20の入力端子と出力端子には、水晶振動子2の負荷容量として機能するコンデンサー15とコンデンサー16が接続されている。また、CMOSインバーター20の入力端子と出力端子の間には、抵抗18(帰還抵抗)が接続されている。また、CMOSインバーター20の出力端子は、OUT端子に接続されている。 In the CMOS inverter 17, an input terminal (gate terminal) and an output terminal (drain terminal) are connected to both ends of the crystal unit 2 through S 1 terminal and S 2 terminal, respectively, and amplifies the output signal of the crystal unit 2. And function as an amplifying element that inputs to the crystal unit 2. A capacitor 15 and a capacitor 16 that function as a load capacity of the crystal resonator 2 are connected to an input terminal and an output terminal of the CMOS inverter 20. A resistor 18 (feedback resistor) is connected between the input terminal and the output terminal of the CMOS inverter 20. The output terminal of the CMOS inverter 20 is connected to the OUT terminal.
可変容量素子(可変容量ダイオード)11は、コンデンサー15とグランドとの間に接続されており、カソード端子と発振回路10のC1端子との間に抵抗13(入力抵抗)が接続されている。 The variable capacitance element (variable capacitance diode) 11 is connected between the capacitor 15 and the ground, and a resistor 13 (input resistance) is connected between the cathode terminal and the C1 terminal of the oscillation circuit 10.
同様に、可変容量素子(可変容量ダイオード)12は、コンデンサー16とグランドとの間に接続されており、カソード端子と発振回路10のC2端子との間に抵抗14(入力抵抗)が接続されている。 Similarly, the variable capacitance element (variable capacitance diode) 12 is connected between the capacitor 16 and the ground, and a resistor 14 (input resistance) is connected between the cathode terminal and the C2 terminal of the oscillation circuit 10. Yes.
後述するように、C1端子とC2端子には、異なる2つの温度補償電圧が印加され、可変容量素子11,12の容量値は、この2つの温度補償電圧に応じて変化する。 As will be described later, two different temperature compensation voltages are applied to the C1 terminal and the C2 terminal, and the capacitance values of the variable capacitance elements 11 and 12 change according to the two temperature compensation voltages.
水晶振動子2(発振素子の一例)は、図3に示すような等価回路(R1は等価直列抵抗、L1は等価直列インダクタンス、C1は等価直列容量、C0は並列容量)で表され、水晶振動子2は、並列容量C0と、コンデンサー15、コンデンサー16、可変容量素子11、可変容量素子12の合成容量(負荷容量)CLとに応じた周波数で発振する。 The crystal resonator 2 (an example of an oscillation element) is represented by an equivalent circuit (R 1 is equivalent series resistance, L 1 is equivalent series inductance, C 1 is equivalent series capacitance, and C 0 is parallel capacitance) as shown in FIG. is, the crystal oscillator 2 includes a parallel capacitance C 0, the condenser 15, the condenser 16, the variable capacitance element 11, the combined capacitance (load capacitance) of the variable capacitance element 12 oscillates at a frequency corresponding to the C L.
可変容量素子11,12の容量値はC1端子とC2端子からそれぞれ印加される温度補償電圧により所定の範囲で増減し、これにより合成容量CLが変化することで、水晶振動子2の発振周波数が基準となる発振周波数に近づくように温度補償される。 The capacitance values of the variable capacitance elements 11 and 12 are increased or decreased within a predetermined range by the temperature compensation voltages applied from the C1 terminal and the C2 terminal, respectively, and thereby the combined capacitance CL is changed, whereby the oscillation frequency of the crystal resonator 2 is changed. Is compensated so as to approach the reference oscillation frequency.
図1に戻り、温度検出回路20(温度検出部の一例)は、振動子2の周辺の温度を検出し、検出した温度に応じた検出電圧(検出信号の一例)を出力する。 Returning to FIG. 1, the temperature detection circuit 20 (an example of a temperature detection unit) detects the temperature around the vibrator 2 and outputs a detection voltage (an example of a detection signal) corresponding to the detected temperature.
関数発生回路30は、記憶部70に記憶されている水晶振動子2の周波数温度特性情報72に基づいて、温度検出回路20の検出電圧に応じて水晶振動子2の発振周波数を基準となる発振周波数に近づけるように温度補償するための温度補償電圧(第1の温度補償信号の一例)を生成する。周波数温度特性情報72は、水晶振動子2の周波数温度特性を近似する関数(例えば3次関数)の情報であり、例えば、当該関数の係数値の情報である。この周波数温度特性情報72は、例えば、発振器1の検査工程において取得された所定数の温度における発振周波数の情報から最小2乗近似などの手法を用いて計算され、記憶部70に書き込まれる。 The function generation circuit 30 oscillates based on the oscillation frequency of the crystal resonator 2 according to the detection voltage of the temperature detection circuit 20 based on the frequency temperature characteristic information 72 of the crystal resonator 2 stored in the storage unit 70. A temperature compensation voltage (an example of a first temperature compensation signal) for temperature compensation so as to approach the frequency is generated. The frequency temperature characteristic information 72 is information on a function (for example, a cubic function) that approximates the frequency temperature characteristic of the crystal unit 2, and is, for example, information on a coefficient value of the function. The frequency temperature characteristic information 72 is calculated by using a method such as least square approximation from information on the oscillation frequency at a predetermined number of temperatures acquired in the inspection process of the oscillator 1 and is written in the storage unit 70, for example.
関数発生回路30が生成した温度補償電圧は、発振回路10のC1端子に印加され、可変容量素子11の容量値が制御される。これにより、水晶振動子2の発振周波数が制御され、第1の温度補償が行われる。 The temperature compensation voltage generated by the function generation circuit 30 is applied to the C1 terminal of the oscillation circuit 10, and the capacitance value of the variable capacitance element 11 is controlled. Thereby, the oscillation frequency of the crystal resonator 2 is controlled, and the first temperature compensation is performed.
A/D変換回路40は、温度検出回路20の検出電圧(温度検出電圧)をデジタル値に変換する。 The A / D conversion circuit 40 converts the detection voltage (temperature detection voltage) of the temperature detection circuit 20 into a digital value.
データ変換回路50は、記憶部70に記憶されている温度補償情報74に基づいて、A/D変換回路40が変換したデジタル値(温度検出電圧値)を水晶振動子2の発振周波数を温度補償するための温度補償電圧値に変換する。温度補償情報74は、関数発生回路30によって温度補償された発振周波数と基準となる発振周波数との差である発振周波数の誤差を補正するための情報である。温度補償情報74は、高い精度が要求されるため、関数の係数値の情報ではなく、例えば、図4に示すような、温度検出電圧値と温度補償電圧値との対応関係が定義された情報である。例えば、発振器1の検査工程において、記憶部70に周波数温度特性情報72が書き込まれた後、関数発生回路30が生成する温度補償電圧による温度補償がされている状態で、複数の温度での温度検出電圧と発振周波数の情報を取得し、各温度検出電圧値での周波数誤差の補正に必要な温度補償電圧値を計算することで温度補償情報74を作成し、記憶部70に書き込まれる。 Based on the temperature compensation information 74 stored in the storage unit 70, the data conversion circuit 50 performs temperature compensation on the digital value (temperature detection voltage value) converted by the A / D conversion circuit 40 on the oscillation frequency of the crystal unit 2. Is converted to a temperature compensated voltage value. The temperature compensation information 74 is information for correcting an error in the oscillation frequency that is the difference between the oscillation frequency temperature-compensated by the function generation circuit 30 and the reference oscillation frequency. Since the temperature compensation information 74 is required to be highly accurate, it is not information on the coefficient value of the function, for example, information defining a correspondence relationship between the temperature detection voltage value and the temperature compensation voltage value as shown in FIG. It is. For example, in the inspection process of the oscillator 1, after the frequency temperature characteristic information 72 is written in the storage unit 70, the temperature at a plurality of temperatures is compensated by the temperature compensation voltage generated by the function generation circuit 30. The temperature compensation information 74 is generated by acquiring information on the detected voltage and the oscillation frequency, and calculating the temperature compensation voltage value necessary for correcting the frequency error at each temperature detection voltage value, and is written in the storage unit 70.
データ変換回路50は、温度検出回路20の検出電圧(温度検出電圧)が温度補償情報74において定義されていない電圧値であれば補完計算により温度補償電圧値を算出する。温度補償情報のデータ量が大きいほど発振器1の発振周波数の精度が向上するが、面積コストが増大する。従って、要求される発振周波数の精度を満たす必要最小限のデータ量の温度補償情報を用意すればよい。 If the detection voltage (temperature detection voltage) of the temperature detection circuit 20 is a voltage value that is not defined in the temperature compensation information 74, the data conversion circuit 50 calculates the temperature compensation voltage value by complementary calculation. As the data amount of the temperature compensation information is larger, the accuracy of the oscillation frequency of the oscillator 1 is improved, but the area cost is increased. Therefore, it is only necessary to prepare temperature compensation information with a minimum necessary data amount that satisfies the required oscillation frequency accuracy.
D/A変換回路60は、データ変換回路50が変換した温度補償電圧値をアナログ信号、すなわち温度補償電圧(第2の温度補償信号の一例)に変換する。 The D / A conversion circuit 60 converts the temperature compensation voltage value converted by the data conversion circuit 50 into an analog signal, that is, a temperature compensation voltage (an example of a second temperature compensation signal).
D/A変換回路60が変換した温度補償電圧は、発振回路10のC2端子に印加され、可変容量素子12の容量値が制御される。これにより、水晶振動子2の発振周波数が制御され、第2の温度補償が行われる。 The temperature compensation voltage converted by the D / A conversion circuit 60 is applied to the C2 terminal of the oscillation circuit 10, and the capacitance value of the variable capacitance element 12 is controlled. Thereby, the oscillation frequency of the crystal unit 2 is controlled, and the second temperature compensation is performed.
なお、関数発生回路30は、温度検出電圧に基づいてアナログ処理により温度補償電圧を発生させる、アナログ温度補償部110(第1の温度補償信号生成部の一例)として機能する。また、A/D変換回路40、データ変換回路50及びD/A変換回路は、温度検出電圧に基づいて主にデジタル処理により温度補償電圧を発生させる、デジタル温度補償部120(第2の温度補償信号生成部の一例)として機能する。以下では、適宜、アナログ温度補償部110が発生させる温度補償電圧を「アナログ補償電圧」、デジタル温度補償部120が発生させる温度補償電圧を「デジタル補償電圧」と呼ぶことにする。また、アナログ温度補償部110による温度補償を「アナログ温度補償」、デジタル温度補償部120による温度補償を「デジタル温度補償」と呼ぶことにする。 The function generation circuit 30 functions as an analog temperature compensation unit 110 (an example of a first temperature compensation signal generation unit) that generates a temperature compensation voltage by analog processing based on the temperature detection voltage. In addition, the A / D conversion circuit 40, the data conversion circuit 50, and the D / A conversion circuit generate a temperature compensation voltage mainly by digital processing based on the temperature detection voltage (second temperature compensation). It functions as an example of a signal generation unit. Hereinafter, the temperature compensation voltage generated by the analog temperature compensation unit 110 will be appropriately referred to as “analog compensation voltage”, and the temperature compensation voltage generated by the digital temperature compensation unit 120 will be referred to as “digital compensation voltage”. Further, temperature compensation by the analog temperature compensation unit 110 is referred to as “analog temperature compensation”, and temperature compensation by the digital temperature compensation unit 120 is referred to as “digital temperature compensation”.
このような構成の発振器1によれば、従来のTCXOで行われていた温度補償と同等のアナログ温度補償が行われ、さらに、アナログ温度補償で補償しきれない発振周波数の誤差をデジタル温度補償により補正することができる。これにより、従来のTCXOと比較して、周波数精度を大幅に向上することができる。この効果を確認するため、既存の電圧制御機能付き温度補償型水晶発振器(VC−TCXO:Voltage Controlled Temperature Compensated X’tal Oscillator)を利用し、その周波数制御用の制御電圧入力端子(Vc端子)に一定電圧を印加した場合(アナログ温度補償のみ行った場合)と、理想的なデジタル補償電圧を印加した場合(アナログ温度補償とデジタル温度補償を行った場合)の周波数温度特性を取得した結果を図5に示す。図5において、G1はVc端子に一定電圧を印加した場合(アナログ温度補償のみ行った場合)の結果であり、G1はVc端子にデジタル補償電圧を印加した場合(アナログ温度補償とデジタル温度補償を行った場合)の結果である。横軸は温度、縦軸は25℃の周波数に対する周波数誤差である。図5の結果によると、アナログ温度補償のみ行った場合は、0℃〜70℃の範囲で−30ppb〜+100ppbの周波数誤差であるのに対して、アナログ温度補償とデジタル温度補償を行った場合は、0℃〜70℃の範囲で−10ppb〜+10ppbの周波数誤差になっており、周波数精度が大幅に向上している。ただし、Vc端子に印加したデジタル補償電圧は、A/D変換とD/A変換がされていない理想的な電圧値であるが、本実施形態の発振器では、デジタル温度補償部120にA/D変換回路40とD/A変換回路60が含まれているので、これらのビット数が少ないほど周波数誤差が増加する。従って、要求される周波数精度を満足するためのビット数を適宜選択する必要がある。 According to the oscillator 1 having such a configuration, analog temperature compensation equivalent to the temperature compensation performed in the conventional TCXO is performed, and furthermore, an error of the oscillation frequency that cannot be compensated by the analog temperature compensation is obtained by digital temperature compensation. It can be corrected. Thereby, compared with the conventional TCXO, the frequency accuracy can be greatly improved. In order to confirm this effect, an existing temperature-controlled crystal oscillator with voltage control function (VC-TCXO: Voltage Controlled Temperature Compensated X'tal Oscillator) is used, and the control voltage input terminal (Vc terminal) for frequency control is used. Figure shows the frequency temperature characteristics obtained when a constant voltage is applied (when only analog temperature compensation is performed) and when ideal digital compensation voltage is applied (when analog temperature compensation and digital temperature compensation are performed). As shown in FIG. In FIG. 5, G1 is a result when a constant voltage is applied to the Vc terminal (when only analog temperature compensation is performed), and G1 is a result when a digital compensation voltage is applied to the Vc terminal (analog temperature compensation and digital temperature compensation are performed). (If you do). The horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents frequency error with respect to a frequency of 25 ° C. According to the result of FIG. 5, when only analog temperature compensation is performed, the frequency error is −30 ppb to +100 ppb in the range of 0 ° C. to 70 ° C., whereas when analog temperature compensation and digital temperature compensation are performed. In the range of 0 ° C. to 70 ° C., the frequency error is −10 ppb to +10 ppb, and the frequency accuracy is greatly improved. However, the digital compensation voltage applied to the Vc terminal is an ideal voltage value that is not subjected to A / D conversion and D / A conversion. However, in the oscillator according to the present embodiment, the digital temperature compensation unit 120 includes the A / D conversion voltage. Since the conversion circuit 40 and the D / A conversion circuit 60 are included, the frequency error increases as the number of these bits decreases. Therefore, it is necessary to appropriately select the number of bits for satisfying the required frequency accuracy.
ところで、本実施形態の発振器1において、アナログ温度補償では、水晶振動子2の周波数温度特性に対して温度補償を行うため、発振周波数の可変範囲を比較的広くする必要がある。一方、デジタル温度補償では、アナログ温度補償で補償しきれない周波数誤差を補正すればよいので、発振周波数の可変範囲はアナログ温度補償の場合よりも狭くてよい。従って、可変容量素子12の感度(温度補償電圧に対する発振周波数の変化量の大きさ)は可変容量素子11の感度よりも低くてよい。図6(A)は、可変容量素子11の感度のグラフの一例を示す図であり、図6(B)は、可変容量素子12の感度のグラフの一例を示す図である。図6(A)及び図6(B)において、横軸は印加電圧であり、縦軸は周波数変化量である。図6(A)の例では、水晶振動子2の周波数温度特性が基準温度(例えば25℃)に対して±10ppmの範囲で変動し、アナログ温度補償でこれを補正するため、可変容量素子11は、0V〜電源電圧3.3Vの印加電圧に対して−10ppm〜+10ppmの範囲で発振周波数を変化させる。図6(B)の例では、アナログ温度補償により周波数誤差を±1ppmの範囲まで追い込み、デジタル温度補償でこれを補正するため、可変容量素子12は、0V〜電源電圧3.3Vの印加電圧に対して−1ppm〜+1ppmの範囲で発振周波数を変化させる。従って、図6(A)及び図6(B)の例では、可変容量素子12の感度は可変容量素子11の感度の1/10になっている。 By the way, in the oscillator 1 of this embodiment, in the analog temperature compensation, since the temperature compensation is performed on the frequency temperature characteristic of the crystal resonator 2, it is necessary to make the variable range of the oscillation frequency relatively wide. On the other hand, in digital temperature compensation, it is only necessary to correct a frequency error that cannot be compensated for by analog temperature compensation. Therefore, the variable range of the oscillation frequency may be narrower than in the case of analog temperature compensation. Therefore, the sensitivity of the variable capacitance element 12 (the magnitude of change in the oscillation frequency with respect to the temperature compensation voltage) may be lower than the sensitivity of the variable capacitance element 11. FIG. 6A is a diagram illustrating an example of a sensitivity graph of the variable capacitance element 11, and FIG. 6B is a diagram illustrating an example of a sensitivity graph of the variable capacitance element 12. 6A and 6B, the horizontal axis represents the applied voltage, and the vertical axis represents the frequency change amount. In the example of FIG. 6A, the frequency temperature characteristic of the crystal resonator 2 fluctuates within a range of ± 10 ppm with respect to the reference temperature (for example, 25 ° C.), and this is corrected by analog temperature compensation. Changes the oscillation frequency in the range of −10 ppm to +10 ppm with respect to the applied voltage of 0 V to the power supply voltage of 3.3 V. In the example of FIG. 6B, the frequency error is driven to a range of ± 1 ppm by analog temperature compensation, and this is corrected by digital temperature compensation. Therefore, the variable capacitance element 12 has an applied voltage of 0 V to power supply voltage 3.3 V. On the other hand, the oscillation frequency is changed in the range of -1 ppm to +1 ppm. Therefore, in the example of FIGS. 6A and 6B, the sensitivity of the variable capacitance element 12 is 1/10 of the sensitivity of the variable capacitance element 11.
仮に、可変容量素子12が無く、アナログ補償電圧とデジタル補償電圧を加算した電圧を図6(A)の感度の可変容量素子11に印加した場合、1ppmだけ周波数を変化させる印加電圧は0.165Vであるから、デジタル補償電圧の範囲は1.65Vを中心に±0.165Vの範囲になる。一方、本実施形態の発振器1にように、アナログ補償電圧を図6(A)の感度の可変容量素子11に印加し、デジタル補償電圧を図6(B)の感度の可変容量素子12に印加した場合、デジタル補償電圧の範囲は1.65Vを中心に±1.65Vの範囲になる。 If there is no variable capacitance element 12 and a voltage obtained by adding an analog compensation voltage and a digital compensation voltage is applied to the variable capacitance element 11 having the sensitivity shown in FIG. 6A, the applied voltage for changing the frequency by 1 ppm is 0.165V. Therefore, the range of the digital compensation voltage is in the range of ± 0.165V centering on 1.65V. On the other hand, like the oscillator 1 of the present embodiment, the analog compensation voltage is applied to the variable capacitor 11 having the sensitivity shown in FIG. 6A, and the digital compensation voltage is applied to the variable capacitor 12 having the sensitivity shown in FIG. In this case, the range of the digital compensation voltage is within a range of ± 1.65V with 1.65V being the center.
つまり、デジタル補償電圧は、アナログ補償電圧とデジタル補償電圧をそれぞれ可変容量素子11と可変容量素子12に印加した場合、アナログ補償電圧とデジタル補償電圧を加算した電圧を可変容量素子11に印加した場合の10倍の補償電圧値になる。アナログ補償電圧はアンプ等で増幅して電圧を発生させる為、補償電圧が10倍となるとノイズも10倍となるが、デジタル補償電圧は基準電圧を抵抗等で分圧して発生させる為、補償電圧が10倍となっても、ノイズは10倍とはならない。仮に、デジタル補償電圧が10倍となってもノイズ量が一定であるとすると、後者、すなわち本実施形態の発振器1の方が、デジタル補償電圧とノイズとの比が前者の1/10になるため、発振信号の位相ノイズが小さくなり、デジタル温度補償の精度が高い。 That is, as for the digital compensation voltage, when an analog compensation voltage and a digital compensation voltage are applied to the variable capacitance element 11 and the variable capacitance element 12, respectively, a voltage obtained by adding the analog compensation voltage and the digital compensation voltage is applied to the variable capacitance element 11. 10 times the compensation voltage value. Since the analog compensation voltage is amplified by an amplifier or the like to generate a voltage, when the compensation voltage becomes 10 times, the noise also becomes 10 times. However, the digital compensation voltage is generated by dividing the reference voltage by a resistor or the like. Even if is 10 times, the noise is not 10 times. If the amount of noise is constant even when the digital compensation voltage becomes 10 times, the latter, that is, the ratio of the digital compensation voltage to the noise is 1/10 of the former in the oscillator 1 of the present embodiment. Therefore, the phase noise of the oscillation signal is reduced, and the accuracy of digital temperature compensation is high.
以上に説明したように、第1実施形態の発振器によれば、アナログ温度補償により補償しきれない発振周波数の誤差をデジタル温度補償により補正することで、温度補償の精度を向上させることができる。さらに、本実施形態の発振器によれば、アナログ温度補償用の相対的に感度の高い可変容量素子11とデジタル温度補償用の相対的に感度の低い可変容量素子12を別個に設けたことで、デジタル温度補償部120で発生するノイズに起因する発振信号の位相ノイズを低減させることができる。そのため、アナログ温度補償とデジタル温度補償を1つの可変容量素子を用いて行う場合と比較して、高い周波数精度を実現することができる。 As described above, according to the oscillator of the first embodiment, the accuracy of the temperature compensation can be improved by correcting the error of the oscillation frequency that cannot be compensated by the analog temperature compensation by the digital temperature compensation. Furthermore, according to the oscillator of the present embodiment, the variable sensitivity element 11 having relatively high sensitivity for analog temperature compensation and the variable capacitance element 12 having relatively low sensitivity for digital temperature compensation are separately provided. The phase noise of the oscillation signal caused by the noise generated in the digital temperature compensation unit 120 can be reduced. Therefore, higher frequency accuracy can be realized as compared with the case where analog temperature compensation and digital temperature compensation are performed using one variable capacitance element.
なお、図1の発振回路10は、温度補償用の可変容量素子11と温度補償用の可変容量素子12を含む温度補償型発振回路であるが、温度補償用の可変容量素子11と周波数制御用の可変容量素子12を含む電圧制御機能付き温度補償型発振回路であってもよい。この場合、発振回路10のC2端子は、周波数制御用の制御電圧入力端子(Vc端子)であり、可変容量素子12は、周波数調整に使用される代わりにデジタル温度補償に使用される。このように、既存の電圧制御機能付き温度補償型発振回路を利用してもよい。 1 is a temperature-compensated oscillation circuit including a temperature-compensating variable capacitor 11 and a temperature-compensating variable capacitor 12, but the temperature-compensating variable capacitor 11 and the frequency control element are used for frequency control. A temperature compensated oscillation circuit with a voltage control function including the variable capacitance element 12 may be used. In this case, the C2 terminal of the oscillation circuit 10 is a control voltage input terminal (Vc terminal) for frequency control, and the variable capacitance element 12 is used for digital temperature compensation instead of being used for frequency adjustment. In this way, an existing temperature compensated oscillation circuit with a voltage control function may be used.
また、図1では、水晶振動子2以外の回路部分を1チップのIC100で構成する例を挙げたが、複数のICに分けて構成してもよい。例えば、図7に示すように、デジタル温度補償部120をIC200に実装し、その他の回路部分をIC100に実装するようにしてもよい。この場合、IC100の記憶部70には周波数温度特性情報72が記憶され、IC200の記憶部71には温度補償情報74が記憶される。また、IC100には、温度検出電圧を出力するための外部端子104とデジタル補償電圧を入力するための外部端子105が設けられ、IC200には、温度検出電圧を入力するための外部端子201とデジタル補償電圧を出力するための外部端子202が設けられ、外部端子104と外部端子201、外部端子105と外部端子202がそれぞれ接続される。 In FIG. 1, an example in which a circuit portion other than the crystal resonator 2 is configured by a single chip IC 100 is described. However, the circuit portion may be divided into a plurality of ICs. For example, as shown in FIG. 7, the digital temperature compensation unit 120 may be mounted on the IC 200 and the other circuit portions may be mounted on the IC 100. In this case, the frequency temperature characteristic information 72 is stored in the storage unit 70 of the IC 100, and the temperature compensation information 74 is stored in the storage unit 71 of the IC 200. The IC 100 is provided with an external terminal 104 for outputting a temperature detection voltage and an external terminal 105 for inputting a digital compensation voltage. The IC 200 is provided with an external terminal 201 for inputting a temperature detection voltage and a digital signal. An external terminal 202 for outputting a compensation voltage is provided, and the external terminal 104 and the external terminal 201, and the external terminal 105 and the external terminal 202 are connected to each other.
例えば、IC100として、既存の電圧制御機能付温度補償型水晶発振器(VC−TCXO)を用いてもよい。この場合、可変容量素子11はVC−TCXOに内蔵されている温度補償用の可変容量素子であり、可変容量素子12は周波数制御用の可変容量素子である。外部端子105は周波数制御用の制御電圧入力端子(Vc端子)であり、IC200の外部端子202から出力されるデジタル補償電圧がVc端子に入力されるようにすればよい。このように、既存の電圧制御機能付き温度補償型水晶発振器(VC−TCXO)を利用することで、その周波数制御機能は使用できなくなるが、アナログ温度補償とデジタル温度補償を行うことで周波数精度の高い温度補償型水晶発振器(TCXO)を容易に実現することができる。 For example, an existing temperature compensated crystal oscillator with a voltage control function (VC-TCXO) may be used as the IC 100. In this case, the variable capacitance element 11 is a temperature compensation variable capacitance element built in the VC-TCXO, and the variable capacitance element 12 is a frequency control variable capacitance element. The external terminal 105 is a control voltage input terminal (Vc terminal) for frequency control, and the digital compensation voltage output from the external terminal 202 of the IC 200 may be input to the Vc terminal. As described above, the frequency control function cannot be used by using the existing temperature-compensated crystal oscillator with voltage control function (VC-TCXO), but frequency accuracy can be improved by performing analog temperature compensation and digital temperature compensation. A high temperature compensated crystal oscillator (TCXO) can be easily realized.
1−2.第2実施形態
図8は、第2実施形態の発振器の構成例を示す図である。図8において、図1と同じ構成要素には同じ符号を付している。図8に示すように、第2実施形態の発振器1では、第1実施形態(図1)と比較して、IC100に外部端子105と加算器80が追加されている。
1-2. Second Embodiment FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of an oscillator according to a second embodiment. In FIG. 8, the same components as those in FIG. As shown in FIG. 8, in the oscillator 1 of the second embodiment, an external terminal 105 and an adder 80 are added to the IC 100 as compared to the first embodiment (FIG. 1).
外部端子105は、周波数制御用の制御電圧入力端子(Vc端子)である。 The external terminal 105 is a control voltage input terminal (Vc terminal) for frequency control.
加算器80は、外部端子105から入力される制御電圧とD/A変換回路の出力電圧(デジタル補償電圧)を加算し、加算器80の出力電圧が発振回路10のC2端子を介して可変容量素子12に印加される。つまり、可変容量素子12は、デジタル温度補償用の可変容量素子であるとともに周波数調整用の可変容量素子でもある。 The adder 80 adds the control voltage input from the external terminal 105 and the output voltage (digital compensation voltage) of the D / A conversion circuit, and the output voltage of the adder 80 is variable capacitance via the C2 terminal of the oscillation circuit 10. Applied to the element 12. That is, the variable capacitance element 12 is a variable capacitance element for digital temperature compensation and a variable capacitance element for frequency adjustment.
なお、加算器80は、外部端子105から入力される制御電圧とD/A変換回路の出力電圧(デジタル補償電圧)を重み付けして(それぞれ所定の係数を掛けて)加算してもよい。 The adder 80 may add the control voltage input from the external terminal 105 and the output voltage (digital compensation voltage) of the D / A conversion circuit by weighting (multiplying each by a predetermined coefficient).
第2実施形態の発振器1のその他の構成は、第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。 Since the other configuration of the oscillator 1 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
以上に説明したように、第2実施形態の発振器1は、水晶振動子2の発振周波数の温度補償を行うとともに、外部から周波数を調整可能な発振器、すなわち、電圧制御機能付き温度補償型水晶発振器(VC−TCXO)である。この第2実施形態の発振器によれば、第1実施形態の発振器と同様の効果を奏することができるとともに、さらに、高い周波数精度を維持しながら、水晶振動子2の発振周波数を外部から調整することができる。 As described above, the oscillator 1 of the second embodiment performs temperature compensation of the oscillation frequency of the crystal resonator 2 and can adjust the frequency from the outside, that is, a temperature-compensated crystal oscillator with a voltage control function. (VC-TCXO). According to the oscillator of the second embodiment, the same effect as that of the oscillator of the first embodiment can be obtained, and the oscillation frequency of the crystal unit 2 is adjusted from the outside while maintaining high frequency accuracy. be able to.
なお、図8では、水晶振動子2以外の回路部分を1チップのIC100で構成する例を挙げたが、複数のICに分けて構成してもよい。例えば、図9に示すように、デジタル温度補償部120と加算器80をIC200に実装し、その他の回路部分をIC100に実装するようにしてもよい。この場合、IC100の記憶部70には周波数温度特性情報72が記憶され、IC200の記憶部71には温度補償情報74が記憶される。また、IC100には、温度検出電圧を出力するための外部端子104が設けられ、IC200には、温度検出電圧を入力するための外部端子201、デジタル補償電圧を出力するための外部端子202、周波数制御用の制御電圧を入力するための外部端子203が設けられ、外部端子104と外部端子201、外部端子105と外部端子202がそれぞれ接続される。例えば、IC100として、既存の電圧制御機能付温度補償型水晶発振器(VC−TCXO)を用いてもよい。 In FIG. 8, an example in which circuit portions other than the crystal unit 2 are configured by one-chip IC 100 is described. However, the circuit portion may be divided into a plurality of ICs. For example, as shown in FIG. 9, the digital temperature compensation unit 120 and the adder 80 may be mounted on the IC 200, and other circuit portions may be mounted on the IC 100. In this case, the frequency temperature characteristic information 72 is stored in the storage unit 70 of the IC 100, and the temperature compensation information 74 is stored in the storage unit 71 of the IC 200. The IC 100 is provided with an external terminal 104 for outputting a temperature detection voltage. The IC 200 has an external terminal 201 for inputting a temperature detection voltage, an external terminal 202 for outputting a digital compensation voltage, and a frequency. An external terminal 203 for inputting a control voltage for control is provided, and the external terminal 104 and the external terminal 201, and the external terminal 105 and the external terminal 202 are connected to each other. For example, an existing temperature compensated crystal oscillator with a voltage control function (VC-TCXO) may be used as the IC 100.
1−3.第3実施形態
図10は、第3実施形態の発振器の構成例を示す図である。図10において、図8と同じ構成要素には同じ符号を付している。図10に示すように、第3実施形態の発振器1では、第2実施形態(図8)と比較して、IC100において、加算器80が無くなり、A/D変換回路90が追加されている。
1-3. Third Embodiment FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of an oscillator according to a third embodiment. 10, the same components as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 10, in the oscillator 1 of the third embodiment, the adder 80 is eliminated and the A / D conversion circuit 90 is added in the IC 100 as compared to the second embodiment (FIG. 8).
A/D変換回路90は、外部端子105から入力される制御電圧をデジタル値に変換する。 The A / D conversion circuit 90 converts the control voltage input from the external terminal 105 into a digital value.
データ変換回路50は、記憶部70に記憶されている温度補償情報74を参照し、A/D変換回路40が変換したデジタル値(温度検出電圧値)に対応する温度補償電圧値を抽出する。また、データ変換回路50は、A/D変換回路90が変換したデジタル値xを所定の関数f(x)で変換し、制御電圧値を生成する。この関数fは、可変容量素子12の印加電圧を変数として周波数変化量を表す関数に対応づけられる。そして、データ変換回路50は、温度補償電圧値と制御電圧値とを加算して、可変容量素子12に印加する電圧値を算出する。 The data conversion circuit 50 refers to the temperature compensation information 74 stored in the storage unit 70 and extracts a temperature compensation voltage value corresponding to the digital value (temperature detection voltage value) converted by the A / D conversion circuit 40. The data conversion circuit 50 converts the digital value x converted by the A / D conversion circuit 90 with a predetermined function f (x) to generate a control voltage value. This function f is associated with a function that represents the amount of frequency change with the applied voltage of the variable capacitance element 12 as a variable. Then, the data conversion circuit 50 adds the temperature compensation voltage value and the control voltage value to calculate a voltage value to be applied to the variable capacitance element 12.
データ変換回路50が生成した電圧値はD/A変換回路60で電圧に変換され、発振回路10のC2端子に印加される。この印加電圧、すなわちデジタル補償電圧と制御電圧を加算した電圧により、可変容量素子12の容量値が制御される。これにより、水晶振動子2の発振周波数が制御され、デジタル温度補償とともに周波数調整が行われる。 The voltage value generated by the data conversion circuit 50 is converted into a voltage by the D / A conversion circuit 60 and applied to the C2 terminal of the oscillation circuit 10. The capacitance value of the variable capacitance element 12 is controlled by this applied voltage, that is, a voltage obtained by adding the digital compensation voltage and the control voltage. Thereby, the oscillation frequency of the crystal unit 2 is controlled, and frequency adjustment is performed together with digital temperature compensation.
第3実施形態の発振器1のその他の構成は、第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。 The other configuration of the oscillator 1 according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
以上に説明したように、第3実施形態の発振器1は、水晶振動子2の発振周波数の温度補償を行うとともに、外部から周波数を調整可能な発振器、すなわち、電圧制御機能付き温度補償型水晶発振器(VC−TCXO)である。この第3実施形態の発振器によれば、第1実施形態の発振器と同様の効果を奏することができるとともに、さらに、水晶振動子2の発振周波数を外部から調整することができる。 As described above, the oscillator 1 according to the third embodiment performs temperature compensation of the oscillation frequency of the crystal resonator 2 and can adjust the frequency from the outside, that is, a temperature-compensated crystal oscillator with a voltage control function. (VC-TCXO). According to the oscillator of the third embodiment, the same effect as that of the oscillator of the first embodiment can be obtained, and the oscillation frequency of the crystal resonator 2 can be adjusted from the outside.
また、第3実施形態の発振器によれば、デジタル温度補償と周波数制御を同時に行うために可変容量素子12に印加する電圧値を、データ変換回路50のデジタル処理に基づいて発生させるので、可変容量素子12の感度特性に合わせたきめ細かい制御を行うことができる。 Further, according to the oscillator of the third embodiment, the voltage value to be applied to the variable capacitance element 12 for simultaneously performing digital temperature compensation and frequency control is generated based on the digital processing of the data conversion circuit 50. Fine control in accordance with the sensitivity characteristic of the element 12 can be performed.
なお、図10では、水晶振動子2以外の回路部分を1チップのIC100で構成する例を挙げたが、複数のICに分けて構成してもよい。例えば、図11に示すように、デジタル温度補償部120とA/D変換回路90をIC200に実装し、その他の回路部分をIC100に実装するようにしてもよい。この場合、IC100の記憶部70には周波数温度特性情報72が記憶され、IC200の記憶部71には温度補償情報74が記憶される。また、IC100には、温度検出電圧を出力するための外部端子104が設けられ、IC200には、温度検出電圧を入力するための外部端子201、デジタル補償電圧を出力するための外部端子202、周波数制御用の制御電圧を入力するための外部端子203が設けられ、外部端子104と外部端子201、外部端子105と外部端子202がそれぞれ接続される。例えば、IC100として、既存の電圧制御機能付温度補償型水晶発振器(VC−TCXO)を用いてもよい。 In FIG. 10, an example in which the circuit portion other than the crystal unit 2 is configured by the one-chip IC 100 has been described, but may be configured by being divided into a plurality of ICs. For example, as shown in FIG. 11, the digital temperature compensation unit 120 and the A / D conversion circuit 90 may be mounted on the IC 200, and the other circuit portions may be mounted on the IC 100. In this case, the frequency temperature characteristic information 72 is stored in the storage unit 70 of the IC 100, and the temperature compensation information 74 is stored in the storage unit 71 of the IC 200. The IC 100 is provided with an external terminal 104 for outputting a temperature detection voltage. The IC 200 has an external terminal 201 for inputting a temperature detection voltage, an external terminal 202 for outputting a digital compensation voltage, and a frequency. An external terminal 203 for inputting a control voltage for control is provided, and the external terminal 104 and the external terminal 201, and the external terminal 105 and the external terminal 202 are connected to each other. For example, an existing temperature compensated crystal oscillator with a voltage control function (VC-TCXO) may be used as the IC 100.
1−4.第4実施形態
図12は、第4実施形態の発振器の構成例を示す図である。図12において、図1と同じ構成要素には同じ符号を付している。図12に示すように、第4実施形態の発振器1では、第1実施形態(図1)と比較して、IC100において、発振回路10の可変容量素子12が容量バンク19に置き換わっており、D/A変換回路60が無くなっている。
1-4. Fourth Embodiment FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of an oscillator according to a fourth embodiment. 12, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 12, in the oscillator 1 of the fourth embodiment, the variable capacitance element 12 of the oscillation circuit 10 is replaced with a capacitance bank 19 in the IC 100 as compared with the first embodiment (FIG. 1). The / A conversion circuit 60 is eliminated.
図13は、第4実施形態における発振回路10の構成例を示す図である。図13において、図2と同じ構成要素には同じ符号を付している。図13に示すように、第4実施形態における発振回路10は、図2と比較して、可変容量素子(可変容量ダイオード)12が容量バンク19に置き換わり、C2端子がB1〜Bn端子(nは2以上の整数)に置き換わっている。 FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of the oscillation circuit 10 according to the fourth embodiment. In FIG. 13, the same components as those in FIG. As shown in FIG. 13, in the oscillation circuit 10 according to the fourth embodiment, the variable capacitance element (variable capacitance diode) 12 is replaced with a capacitance bank 19 and the C2 terminal is B 1 to B n terminals ( n is an integer of 2 or more).
容量バンク19(第2の可変容量部の一例)は、n個のコンデンサーC1〜Cnとn個のスイッチ素子SW1〜SWnを含み、直列接続されたコンデンサーCiとスイッチ素子SWi(i=1,2,・・・,n)が、コンデンサー16とグランドの間に並列に接続された構成となっている。スイッチ素子SW1〜SWnには、それぞれ、B1〜Bn端子から制御信号が供給され、スイッチ素子SW1〜SWnは各制御信号に応じてオン又はオフする。スイッチ素子SWiがオンするとコンデンサー16とグランドの間にコンデンサーCiが接続され、水晶振動子2の負荷容量CLに加わる。例えば、SW1〜SWnがすべてオンすると、コンデンサーC1〜Cn、コンデンサー15、コンデンサー16、可変容量素子11の合成容量が負荷容量CLとなり、SW1〜SWnがすべてオフすると、コンデンサー15、コンデンサー16、可変容量素子11の合成容量が負荷容量CLとなる。 The capacitor bank 19 (an example of the second variable capacitor unit) includes n capacitors C 1 to C n and n switch elements SW 1 to SW n , and the capacitor C i and the switch element SW i connected in series. (I = 1, 2,..., N) are connected in parallel between the capacitor 16 and the ground. Control signals are supplied from the B 1 to B n terminals to the switch elements SW 1 to SW n , respectively, and the switch elements SW 1 to SW n are turned on or off in accordance with the control signals. When the switch element SW i is turned condenser C i between the condenser 16 and ground is connected, at the load capacitance C L of the crystal oscillator 2. For example, when the SW 1 to SW n are all turned on, the capacitor C 1 -C n, condenser 15, a condenser 16, the combined capacitance load capacitance C L next to the variable capacitance element 11, the SW 1 to SW n are all turned off, the capacitor 15, a condenser 16, the combined capacitance of the variable capacitance element 11 is the load capacitance C L.
図12に示すように、データ変換回路50は、記憶部70に記憶されている温度補償情報74に基づいて、A/D変換回路40が変換したデジタル値(温度検出電圧値)を水晶振動子2の発振周波数を温度補償するための容量バンク19の制御信号に変換する。第4実施形態における温度補償情報74は、例えば、図14に示すような、温度検出電圧値と容量バンク19のスイッチ素子SW1〜SWnのオン/オフを制御するためのスイッチ制御コード(AnAn−1・・・A2A1)との対応関係が定義された情報である。スイッチ制御コードの各ビットAi(i=1,2,・・・,n)はスイッチ素子SWiの制御ビットであり、Ai=0であればスイッチ素子SWiがオフし、Ai=1であればスイッチ素子SWiがオンする。例えば、発振器1の検査工程において、記憶部70に周波数温度特性情報72が書き込まれた後、関数発生回路30が生成する温度補償電圧による温度補償がされている状態で、複数の温度での温度検出電圧と発振周波数の情報を取得し、各温度検出電圧値での周波数誤差の補正に必要な負荷容量値を計算し、当該負荷容量値に最も近くなるスイッチ素子SW1〜SWnのオン/オフパターンを求めて温度補償情報74を作成し、記憶部70に書き込まれる。 As shown in FIG. 12, the data conversion circuit 50 converts the digital value (temperature detection voltage value) converted by the A / D conversion circuit 40 based on the temperature compensation information 74 stored in the storage unit 70 into a crystal resonator. 2 is converted into a control signal of the capacitor bank 19 for temperature compensation. The temperature compensation information 74 in the fourth embodiment includes, for example, a switch control code (A) for controlling the temperature detection voltage value and on / off of the switch elements SW 1 to SW n of the capacitor bank 19 as shown in FIG. n A n-1 ... A 2 A 1 ) is defined information. Each bit of the switch control code A i (i = 1,2, ··· , n) is the control bit of the switch element SW i, if A i = 0 the switch element SW i is turned off, A i = If it is 1, the switch element SW i is turned on. For example, in the inspection process of the oscillator 1, after the frequency temperature characteristic information 72 is written in the storage unit 70, the temperature at a plurality of temperatures is compensated by the temperature compensation voltage generated by the function generation circuit 30. Information on the detection voltage and the oscillation frequency is acquired, a load capacitance value necessary for correcting the frequency error at each temperature detection voltage value is calculated, and the switch elements SW 1 to SW n closest to the load capacitance value are turned on / off. The temperature compensation information 74 is created by obtaining the off pattern and written in the storage unit 70.
データ変換回路50は、温度補償情報74を参照し、温度検出電圧値に応じたスイッチ制御コードを抽出し、スイッチ制御コードのビットA1〜Anに応じた電圧値(0V又は電源電圧)(第2の温度補償信号の一例)をそれぞれ発振回路10のB1〜Bn端子に印加する。これにより、水晶振動子2の発振周波数が制御され、デジタル温度補償が行われる。 Data conversion circuit 50 refers to the temperature compensation information 74, extracts the switch control code corresponding to the temperature detected voltage value, a voltage value corresponding to bits A 1 to A n of the switch control code (0V or the power supply voltage) ( An example of the second temperature compensation signal is applied to the B 1 to B n terminals of the oscillation circuit 10. Thereby, the oscillation frequency of the crystal unit 2 is controlled, and digital temperature compensation is performed.
第4実施形態の発振器1のその他の構成は、第1実施形態と同様であるため、その説明を省略する。 Since the other structure of the oscillator 1 of 4th Embodiment is the same as that of 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted.
以上に説明したように、第4実施形態の発振器1は、水晶振動子2の発振周波数の温度補償を行うとともに、外部から周波数を調整可能な発振器、すなわち、電圧制御機能付き温度補償型水晶発振器(VC−TCXO)である。この第4実施形態の発振器によれば、第1実施形態の発振器と同様の効果を奏することができるとともに、デジタル温度補償に容量バンク19を用いる(可変容量素子を用いない)ことから、発振信号の位相ノイズを低減させることができる。 As described above, the oscillator 1 according to the fourth embodiment performs temperature compensation of the oscillation frequency of the crystal resonator 2 and can adjust the frequency from the outside, that is, a temperature-compensated crystal oscillator with a voltage control function. (VC-TCXO). According to the oscillator of the fourth embodiment, the same effect as that of the oscillator of the first embodiment can be obtained, and since the capacitor bank 19 is used for digital temperature compensation (no variable capacitor is used), the oscillation signal The phase noise can be reduced.
2.電子機器
図15は、本実施形態の電子機器の機能ブロック図である。また、図16は、本実施形態の電子機器の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。
2. Electronic Device FIG. 15 is a functional block diagram of the electronic device of the present embodiment. FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the appearance of a smartphone that is an example of the electronic apparatus of the present embodiment.
本実施形態の電子機器300は、クロック生成部310、CPU(Central Processing Unit)320、操作部330、ROM(Read Only Memory)340、RAM(Random Access Memory)350、通信部360、表示部370、音出力部380を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器は、図15の構成要素(各部)の一部を省略又は変更したり、他の構成要素を付加した構成としてもよい。 The electronic device 300 according to the present embodiment includes a clock generation unit 310, a CPU (Central Processing Unit) 320, an operation unit 330, a ROM (Read Only Memory) 340, a RAM (Random Access Memory) 350, a communication unit 360, a display unit 370, A sound output unit 380 is included. Note that the electronic device of the present embodiment may have a configuration in which some of the components (each unit) in FIG. 15 are omitted or changed, or other components are added.
クロック生成部310は、発振器312の発振信号を原振クロックとして、各種のクロック信号を生成する。発振器312は、例えば、前述した第1〜第4実施形態の発振器1のいずれかである。 The clock generation unit 310 generates various clock signals using the oscillation signal of the oscillator 312 as the original oscillation clock. The oscillator 312 is, for example, one of the oscillators 1 of the first to fourth embodiments described above.
CPU320は、ROM340等に記憶されているプログラムに従い、クロック生成部310が生成する各種のクロック信号を用いて各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、CPU320は、操作部330からの操作信号に応じた各種の処理、外部とデータ通信を行うために通信部360を制御する処理、表示部370に各種の情報を表示させるための表示信号を送信する処理、音出力部380に各種の音を出力させる処理等を行う。 The CPU 320 performs various calculation processes and control processes using various clock signals generated by the clock generation unit 310 in accordance with programs stored in the ROM 340 and the like. Specifically, the CPU 320 performs various processes according to operation signals from the operation unit 330, processes for controlling the communication unit 360 to perform data communication with the outside, and displays various types of information on the display unit 370. Processing for transmitting a display signal, processing for causing the sound output unit 380 to output various sounds, and the like are performed.
操作部330は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をCPU320に出力する。 The operation unit 330 is an input device including operation keys, button switches, and the like, and outputs an operation signal corresponding to an operation by the user to the CPU 320.
ROM340は、CPU320が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。 The ROM 340 stores programs, data, and the like for the CPU 320 to perform various calculation processes and control processes.
RAM350は、CPU320の作業領域として用いられ、ROM340から読み出されたプログラムやデータ、操作部330から入力されたデータ、CPU320が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。 The RAM 350 is used as a work area of the CPU 320, and temporarily stores programs and data read from the ROM 340, data input from the operation unit 330, calculation results executed by the CPU 320 according to various programs, and the like.
通信部360は、CPU320と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。 The communication unit 360 performs various controls for establishing data communication between the CPU 320 and an external device.
表示部370は、LCD(Liquid Crystal Display)等により構成される表示装置であり、CPU320から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。 The display unit 370 is a display device configured by an LCD (Liquid Crystal Display) or the like, and displays various types of information based on a display signal input from the CPU 320.
音出力部380は、スピーカー等の音を出力する装置である。 The sound output unit 380 is a device that outputs sound such as a speaker.
発振器312として本実施形態の発振器1を組み込むことにより、より性能の高い電子機器を実現することができる。 By incorporating the oscillator 1 of this embodiment as the oscillator 312, an electronic device with higher performance can be realized.
このような電子機器300としては種々の電子機器が考えられ、例えば、パーソナルコンピューター(例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター)、携帯電話機などの移動体端末、ディジタルスチールカメラ、インクジェット式吐出装置(例えば、インクジェットプリンター)、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシュミレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、PDR(歩行者位置方位計測)等が挙げられる。 Various electronic devices can be considered as such an electronic device 300. For example, personal computers (for example, mobile personal computers, laptop personal computers, tablet personal computers), mobile terminals such as mobile phones, digital steel Cameras, inkjet discharge devices (for example, inkjet printers), storage area network devices such as routers and switches, local area network devices, TVs, video cameras, video tape recorders, car navigation devices, pagers, electronic notebooks (also with communication functions) Electronic dictionary, calculator, electronic game machine, game controller, word processor, workstation, video phone, security TV monitor, electronic Binoculars, POS terminal, medical equipment (eg, electronic thermometer, blood pressure meter, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish detector, various measuring devices, instruments (eg, vehicle, aircraft, Ship instruments), flight simulator, head mounted display, motion trace, motion tracking, motion controller, PDR (pedestrian position measurement), and the like.
3.変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
3. The present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
発振素子としては、例えば、SAW(Surface Acoustic Wave)共振子、ATカット水晶振動子、SCカット水晶振動子、音叉型水晶振動子、その他の圧電振動子やMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)振動子などを用いることができる。 Examples of the oscillation element include a SAW (Surface Acoustic Wave) resonator, an AT cut crystal resonator, an SC cut crystal resonator, a tuning fork crystal resonator, other piezoelectric resonators, and a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) resonator. Can be used.
発振素子の基板材料としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いることができる。 As a substrate material of the oscillation element, a piezoelectric single crystal such as crystal, lithium tantalate, or lithium niobate, a piezoelectric material such as piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate, or a silicon semiconductor material can be used.
発振素子の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。 As the excitation means of the oscillation element, one using a piezoelectric effect may be used, or electrostatic driving using a Coulomb force may be used.
また、本実施形態では、増幅素子としてCMOSインバーターを用いた発振回路を例に挙げて説明したが、増幅素子として、バイポーラトランジスター、電界効果トランジスター(FET:Field Effect Transistor)、金属酸化膜型電界効果トランジスター(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、サイリスター等を用いた任意のタイプの発振回路を用いてもよい。 In this embodiment, an oscillation circuit using a CMOS inverter as an amplifying element has been described as an example. However, as an amplifying element, a bipolar transistor, a field effect transistor (FET), a metal oxide film type field effect is used. Any type of oscillation circuit using a transistor (MOSFET: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), a thyristor, or the like may be used.
また、本実施形態では、温度補償型水晶発振器(TCXO)を例に挙げて説明したが、本発明の発振器は、これに限られず、温度補償機能を有する、圧電発振器、SAW発振器、電圧制御型発振器、シリコン発振器、原子発振器等であってもよい。 In this embodiment, the temperature compensated crystal oscillator (TCXO) has been described as an example. However, the oscillator of the present invention is not limited to this, and a piezoelectric oscillator, a SAW oscillator, and a voltage control type having a temperature compensation function. An oscillator, a silicon oscillator, an atomic oscillator, or the like may be used.
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。 The above-described embodiments and modifications are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, it is possible to appropriately combine each embodiment and each modification.
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
1 発振器、2 水晶振動子、10 発振回路、11 可変容量素子、12 可変容量素子、13 抵抗、14 抵抗、15 コンデンサー、16 コンデンサー、17 CMOSインバーター、18 抵抗、19 容量バンク、20 温度検出回路、30 関数発生回路、40 A/D変換回路、50 データ変換回路、60 D/A変換回路、70 記憶部、80 加算器、90 A/D変換回路、71 記憶部、72 周波数温度特性情報、74 温度補償情報、100 IC、101,102,103,104,105 ICの外部端子、110 アナログ温度補償部、120 デジタル温度補償部、200 IC、201,202,203 ICの外部端子、300 電子機器、310 クロック生成部、312 発振器、320 CPU、330 操作部、340 ROM、350 RAM、360 通信部、370 表示部、380 音出力部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oscillator, 2 Crystal oscillator, 10 Oscillator circuit, 11 Variable capacity element, 12 Variable capacity element, 13 Resistance, 14 Resistance, 15 Capacitor, 16 Capacitor, 17 CMOS inverter, 18 Resistance, 19 Capacity bank, 20 Temperature detection circuit, 30 function generation circuit, 40 A / D conversion circuit, 50 data conversion circuit, 60 D / A conversion circuit, 70 storage unit, 80 adder, 90 A / D conversion circuit, 71 storage unit, 72 frequency temperature characteristic information, 74 Temperature compensation information, 100 IC, 101, 102, 103, 104, 105 IC external terminal, 110 analog temperature compensation unit, 120 digital temperature compensation unit, 200 IC, 201, 202, 203 IC external terminal, 300 electronic device, 310 clock generator, 312 oscillator, 320 CPU, 330 operation , 340 ROM, 350 RAM, 360 communication unit, 370 display unit, 380 sound output section
Claims (7)
第1の可変容量部と第2の可変容量部とを備え、前記発振素子を前記第1の可変容量部の容量値及び第2の可変容量部の容量値に応じた周波数で発振させる発振回路と、
前記発振素子の周辺の温度を検出する温度検出部と、
前記発振素子の周波数温度特性情報と前記温度検出部の検出信号とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を基準となる発振周波数に近づけるように温度補償するための第1の温度補償信号を生成する第1の温度補償信号生成部と、
前記温度補償された発振周波数と前記基準となる発振周波数との差である発振周波数の誤差を補正するための温度補償情報と前記温度検出部の検出信号とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を温度補償するための第2の温度補償信号を生成する第2の温度補償信号生成部と、を含み、
前記第1の可変容量部は、
前記第1の温度補償信号に応じて容量値が変化し、
前記第2の可変容量部は、
前記第2の温度補償信号に応じて容量値が変化する、発振器。 An oscillation element;
An oscillation circuit comprising a first variable capacitance unit and a second variable capacitance unit, wherein the oscillation element oscillates at a frequency corresponding to a capacitance value of the first variable capacitance unit and a capacitance value of the second variable capacitance unit. When,
A temperature detection unit for detecting a temperature around the oscillation element;
Based on the frequency temperature characteristic information of the oscillation element and the detection signal of the temperature detection unit, a first temperature compensation signal is generated for temperature compensation so that the oscillation frequency of the oscillation element approaches a reference oscillation frequency. A first temperature compensation signal generator that
Based on temperature compensation information for correcting an oscillation frequency error, which is a difference between the temperature compensated oscillation frequency and the reference oscillation frequency, and the detection signal of the temperature detection unit, the oscillation frequency of the oscillation element A second temperature compensation signal generation unit for generating a second temperature compensation signal for temperature compensation,
The first variable capacitance unit is
The capacitance value changes according to the first temperature compensation signal,
The second variable capacitance unit is
An oscillator in which a capacitance value changes according to the second temperature compensation signal.
前記第2の可変容量部の感度は、前記第1の可変容量部の感度よりも低い、発振器。 In claim 1,
The sensitivity of the second variable capacitor unit is lower than the sensitivity of the first variable capacitor unit.
前記第2の可変容量部は、
外部から入力される制御信号に応じて容量値が変化する、発振器。 In claim 1 or 2,
The second variable capacitance unit is
An oscillator whose capacitance value changes in accordance with an externally input control signal.
前記第2の温度補償信号生成部は、
前記温度補償情報及び前記温度検出部の検出信号とともに、外部から入力される制御信号に基づいて、前記第2の温度補償信号を生成する、発振器。 In claim 1 or 2,
The second temperature compensation signal generator is
An oscillator that generates the second temperature compensation signal based on a control signal input from the outside together with the temperature compensation information and a detection signal of the temperature detection unit.
前記第2の可変容量部は、
複数の可変容量素子と複数のスイッチ素子とを含む容量バンクであり、
前記第2の温度補償信号生成部は、
前記第2の温度補償信号として、前記複数のスイッチ素子の各々の開閉を制御する信号を生成する、発振器。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The second variable capacitance unit is
A capacitor bank including a plurality of variable capacitor elements and a plurality of switch elements;
The second temperature compensation signal generator is
An oscillator that generates a signal that controls opening and closing of each of the plurality of switch elements as the second temperature compensation signal.
前記発振素子の周辺の温度を検出する温度検出ステップと、
前記発振素子の周波数温度特性情報と前記温度検出ステップの検出結果とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を基準となる発振周波数に近づけるように温度補償するための第1の温度補償信号を生成する第1の温度補償信号生成ステップと、
前記温度補償された発振周波数と前記基準となる発振周波数との差である発振周波数の誤差を補正するための温度補償情報と前記温度検出ステップの検出結果とに基づいて、前記発振素子の発振周波数を温度補償するための第2の温度補償信号を生成する第2の温度補償信号生成ステップと、を含み、
前記第1の可変容量部は、
前記第1の温度補償信号に応じて容量値が変化し、
前記第2の可変容量部は、
前記第2の温度補償信号に応じて容量値が変化する、発振器の温度補償方法。 An oscillation element; a first variable capacitance unit; and a second variable capacitance unit, the oscillation element having a frequency according to a capacitance value of the first variable capacitance unit and a capacitance value of the second variable capacitance unit. An oscillator temperature compensation method for compensating temperature of an oscillation frequency of an oscillator including an oscillation circuit that oscillates,
A temperature detecting step for detecting a temperature around the oscillation element;
Based on the frequency temperature characteristic information of the oscillation element and the detection result of the temperature detection step, a first temperature compensation signal is generated for temperature compensation so that the oscillation frequency of the oscillation element approaches a reference oscillation frequency. A first temperature compensation signal generating step,
Based on temperature compensation information for correcting an error of the oscillation frequency, which is a difference between the oscillation frequency compensated for the temperature and the reference oscillation frequency, and the detection result of the temperature detection step, the oscillation frequency of the oscillation element Generating a second temperature compensation signal for temperature compensating the temperature compensation signal, and
The first variable capacitance unit is
The capacitance value changes according to the first temperature compensation signal,
The second variable capacitance unit is
An oscillator temperature compensation method in which a capacitance value changes according to the second temperature compensation signal.
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