JP2013225848A - 周波数制御回路、発振回路および発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】発振周波数が変化しても、安定して所望の発振周波数に自己補償する周波数制御回路、発振回路及び発振器を提供する。
【解決手段】 周波数制御回路は、入力された発振信号の周波数が減衰域に対応するフィルタ回路と、前記発振信号が前記フィルタ回路を通過した後の振幅に応じた第１の電圧ｖｌを生成する第１の周波数電圧変換回路と、第１の電圧ｖｌと所定電圧ｖｈとを比較し、前記両電圧の差に応じた出力電圧△ｖｃを生成する差動増幅回路４と、差動増幅回路４の出力電圧を積分する積分回路５を含み、積分された電圧ｖｃ１に基づいた制御電圧ｖｃを生成する制御電圧生成回路２１とを具備し、前記発振信号の周波数の変動を制御電圧ｖｃにより補償する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、周波数制御回路、周波数制御回路を組み込んだ発振回路および前記発振回路を組み込んだ発振器に関するものである。

従来、発振器の構成には様々なものがあるが、例えば、受動素子と発振回路を組み合わせたものがある。受動素子には抵抗や容量、水晶振動子などがあり、発振器としてはＣＲ発振器、水晶発振器が挙げられる。発振器の出力は電子機器などの基準信号として使用され、アプリケーションによっては安定した基準信号が必要となる。
安定した基準信号を出力させる場合、例えば受動素子に水晶振動子を用いた場合、水晶振動子の温度特性や経年変化による周波数の変動を考慮しなければならない。

この温度特性を補償する発振器として、図２に示すような温度補償機能付き発振器があり、この中に、従来の周波数制御回路が組み込まれている。この従来の周波数制御回路は、周囲温度を検知する温度センサと、その出力に対応した補償信号を出力する温度補償回路と、その補償データを記憶するメモリで構成される。
この発振器は、水晶振動子の温度特性と逆の特性が得られるように可変容量素子を制御することで温度補償を行うものである。

従来の周波数制御を行うことができる発振器は、特許文献１に記載されている。特許文献１には、簡易な構成で、温度変化や経年変化によって、出力信号の発振周波数が変化することを抑制することができる発振器が開示されている。即ち発振器は圧電素子Ｘ１００と、圧電素子Ｘ１００とグランドとの間に接続された可変容量素子Ｃ１００及びＣ２００とを有し、所望の発振周波数を有する出力信号を生成する発振部２００と、発振部２００から出力された出力信号の発振周波数を電圧に変換することにより、電圧信号を生成する周波数電圧変換部５００と、所望の発振周波数に対応する基準電圧データを記憶する記憶部３００と、周波数電圧変換部５００から出力された電圧信号を、記憶部３００から与えられた基準電圧データと比較することにより、電圧信号と基準電圧データとの差分を算出し、これを補償電圧として可変容量素子Ｃ１００及びＣ２００に印加する比較部７００とを備える。

特開２０１０−１０９８２８号公報

図２に示す従来の周波数制御回路は、水晶振動子の温度特性と逆の特性が得られるように可変容量素子を制御する必要がある。この時、予め水晶振動子の温度特性がどのようなものかを測定又は推測し、その補償データをメモリに記憶する必要がある。さらに、水晶振動子の温度特性が経年劣化によって変化してしまうことで、最適な補償電圧にずれが生じ、周波数補償精度の悪化に繋がる。
本発明は、このような事情によりなされたもので、発振周波数が変化しても、安定して所望の周波数を出力するように自己補償する制御回路、発振回路および発振器を提供する。

本発明の周波数制御回路の一態様は、入力された発振信号の周波数が減衰域に対応するフィルタ回路と、前記発振信号が前記フィルタ回路を通過した後の振幅に応じた第１の電圧を生成する第１の周波数電圧変換回路と、前記第１の電圧と所定電圧とを比較し、前記両電圧の差に応じた出力電圧を生成する差動増幅回路と、前記差動増幅回路の出力電圧を積分する積分回路を含み積分された電圧に基づいた前記制御電圧を生成する制御電圧生成回路とを具備し、前記発振信号の周波数の変動を前記制御電圧により補償することを特徴とする。前記フィルタ回路はローパスフィルタから構成されるとともに、更に、前記発振信号が入力されるとともにその周波数が減衰域に対応するハイパスフィルタと、前記発振信号が前記ハイパスフィルタを通過した後の振幅に応じた第２の電圧を生成する第２の周波数電圧変換回路とを有し、前記第２の電圧を前記所定電圧とするようにしても良い。

前記所定電圧は、基準周波数を持つ前記発振信号が前記フィルタ回路を通過した後の振幅に応じた前記第１の電圧と同じ値であるようにしても良い。前記制御電圧生成回路は、積分回路と基準周波数（f０）調整電圧生成回路及び加算回路を有するようにしても良い。入力された周波数が減衰域で動作するカットオフ周波数を決定する回路を有するようにしても良い。前記周波数制御回路は、１半導体チップに形成されているようにしても良い。

前記周波数制御回路と、入力電圧による制御によって出力周波数の変更が可能な発振部とを有する発振器において、前記周波数制御回路には、前記発振部から出力される発振信号が入力され、前記制御電圧が前記発振部から出力される前記発振信号の周波数を設定するようにしても良い。前記発振部はＣＲ発振回路であっても良い。

前記発振部は、増幅回路と、共振子が接続されることにより前記増幅回路に対して帰還ループを構成する回路を有し、前記共振子に直列に接続され前記制御電圧が一端に入力される可変容量素子とを含む電圧制御型の発振回路であるようにしても良い。前記電圧制御型の発振回路と、前記増幅回路の入出力間に接続した前記共振子から構成され、前記共振子は水晶振動子、ＭＥＭＳ振動子またはＬＣ回路である発振器としても良い。

本発明によれば、例えば発振器の場合、外部接続する受動素子の温度特性や経年変化によって発振周波数が変動しても、所望の周波数を出力するように自己補償することが可能となる。また、本発明によれば、周囲温度を検知するための温度センサが不要になる。また、本発明によれば、所望の出力周波数を選択できる。

実施例１に係る周波数制御回路を用いた発振器の構成を示す回路図である。 従来の周波数制御回路を備える温度補償機能付き発振器の構成を示す回路図である。 実施例１に係る減衰域に対応するＬＰＦとＨＰＦの周波数利得を示す特性図である。 実施例２に係る周波数制御回路を用いた水晶発振器の構成を示す回路図である。 実施例２に係るカットオフ周波数を調整することができるＬＰＦとＨＰＦの周波数利得特性を示す特性図である。 実施例２に係る周波数制御回路を用いた水晶発振器の動作を示す図である。 実施例２に係るスイッチで次数が切り替え可能なフィルタの回路図である。 実施例２に係る周波数制御回路を用いたＣＲ発振器の構成を示す回路図である。 実施例３に係る周波数制御回路を用いた発振器の構成を示す回路図である。 実施例３に係る周波数制御回路を用いた水晶発振器の動作を示す図である。 実施例３に係る周波数制御回路を用いた水晶発振器の動作を示す図である。 実施例３に係る周波数制御回路を用いた水晶発振器の動作を示す図である。 実施例４に係る周波数制御回路を用いた水晶発振器の構成を示す回路図である。 実施例４に係る周波数制御回路を用いた水晶発振器の動作を示す図である。 実施例４に係る周波数制御回路を用いた水晶発振器の動作を示す図である。

以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。

図１および図３を参照して実施例１を説明する。
図１に示す周波数制御回路１は、発振周波数に対し、所望の周波数（ｆ０）とのずれを電圧（ｖｃ）で出力し、発振部７に接続されている可変容量６に入力することによって発振周波数を制御する。

発振器は、外部接続する振動子９（共振子）と発振回路１０で構成され、発振回路１０には振動子９（共振子）を接続する発振部７と、その発振周波数を出力する出力回路８と、発振周波数が入力される周波数制御回路１で構成される。
周波数制御回路１は、発振周波数が入力されるＬＰＦ減衰回路２およびＨＰＦ減衰回路３と、各々の電圧（ｖｌ、ｖｈ）の差（△ｖｃ）を出力する差動増幅回路４と、その電圧（△ｖｃ）を所定時間積分する積分回路５と、その出力電圧（ｖｃ）を入力する可変容量６で構成される。

ＬＰＦ減衰回路２は、入力された周波数が減衰域に対応するローパスフィルタ（ＬＰＦ）から構成され、その振幅電圧を出力する。ＨＰＦ減衰回路３は、入力された周波数が減衰域に対応するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）から構成され、その振幅電圧を出力する。
図３に示すような周波数特性を持つフィルタにおいて、所望の周波数（ｆ０）が入力された場合、ＬＰＦ減衰回路２およびＨＰＦ減衰回路３は、減衰量ｇＬ０およびｇＨ０によって減衰した振幅電圧が出力される。

この振幅電圧は差動増幅回路４に入力され、電圧差（△ｖｃ）が出力される。その電圧（△ｖｃ）は積分回路５に入力され、所定時間積分されて補償電圧（ｖｃ）が出力され、可変容量６に入力される。
ここで、入力される発振周波数がｆ１（ｆ１＜ｆ０の場合）に変化した場合、ＬＰＦ減衰回路２およびＨＰＦ減衰回路３は、減衰量ｇＬ１およびｇＨ１によって減衰した振幅電圧が出力される（ｇＬ１＞ｇＬ０、ｇＨ１＜ｇＨ０）。この振幅電圧の差は、ｆ０入力時よりも大きくなる。
従って、前記振幅電圧は差動増幅回路４、積分回路５を通るため、ｆ０入力時より高い補償電圧が可変容量６に入力される。可変容量６は発振部７に接続されているため、可変容量６によって発振周波数を制御することができる。

以上、この実施例によれば、例えば発振器の場合、外部接続する受動素子の温度特性や経年変化によって発振周波数が変動しても、所望の周波数を出力するように自己補償することが可能となる。また、所望の出力周波数を選択できる。
発振回路１０は、外部端子Ｑを有し、１半導体チップ（１チップ）に形成される。振動子９（共振子）の端子ＸＴ、ＸＴＮは１チップの周辺に設けられている。

次に、図４乃至図８を参照して実施例２を説明する。
図４は、周波数制御回路を用いた水晶発振器の回路図である。この発振器は、水晶振動子１１と発振回路１０で構成される。
発振回路１０には周波数制御回路１が組み込まれており、この周波数制御回路１は、フィルタのカットオフ周波数を調整できるＬＰＦ減衰回路２およびＨＰＦ減衰回路３と、各々の電圧（ｖｌ、ｖｈ）の差（△ｖｃ）を出力する差動増幅回路４と、制御電圧生成回路２１と、その出力電圧（ｖｃ）を入力する可変容量６で構成される。

制御電圧生成回路２１は、差動増幅回路４の出力を所定時間積分する積分回路５と、ｆ０調整電圧生成回路２３と、その出力に積分回路５の出力を足し込む加算回路２４と、積分回路の出力とＶＣＯＭを切り替えるスイッチｓｗ１で構成される。
始めに、周波数制御回路１のｆ０調整を行う。加算回路２４の入力がＶＣＯＭになるようにスイッチｓｗ１を切り替え、ｆ０調整電圧生成回路２３の出力電圧を調整し発振周波数がｆ０となるようなｖｃ０を設定する。その時のデータをメモリ２２に記憶させる。なお、メモリ２２は外部接続のものを使用しても良い。また、ＶＣＯＭは任意の電圧である。

次に、加算回路２４に積分回路５の出力が入力されるようにスイッチｓｗ１を切り替える。その時、図５に示すように、ｆ０時のＬＰＦ減衰回路２およびＨＰＦ減衰回路３の減衰量が同じになるように素子の定数を切り替え、カットオフ周波数（ｆｃ１、ｆｃ２）を調整する。この時のカットオフ周波数をメモリ２０に記憶させる。なお、メモリは外部接続のものを使用しても良い。
以上の動作により、この発振器はｆ０に自己補償がかかる状態となる。

一方、水晶振動子で良く用いられるＡＴカットのものは、図６（ａ）に示すような周波数温度特性を持っている。
常温でｆ０になるように自己補償をかけた状態において、例えば周囲温度が低温になった場合、発振周波数はｆ１となり、ｆ０より低くなる（図６（ｂ））。
ｆ１は周波数制御回路１へ入力されており、ｆ０とのずれを△ｖｃとして検知する（図６（ｃ））。ここでは△ｖｃ＝Ａ（ｖｌ−ｖｈ）で示しているが、△ｖｃ＝Ａ（ｖｈ−ｖｌ）としても良い。

△ｖｃは積分回路５に入力され、微小な電圧（ＶＣＯＭ）が可変容量６を調整できる電圧（ｖｃ１）にまで成長する（図６（ｄ））。
積分回路５の出力（ｖｃ１）は、ｆ０調整電圧（ｖｃ０）に足し込まれ、ずれの補償電圧（ｖｃ）が作られる（図６（ｅ））。
ずれの補償電圧（ｖｃ）は可変容量６に入力され、入力電圧（ｖｃ）に対応した発振部容量に設定され、発振周波数が補償される。

可変容量の入力電圧（ｖｃ）は、発振周波数とｆ０に差がある場合、△ｖｃが０にならないため変化し続ける。△ｖｃが０、すなわち発振周波数がｆ０になった場合は積分回路５の出力（ｖｃ１）が一定の値になり、ｖｃも一定の値に落ち着く（図６（ｆ））。
つまり、この周波数制御回路を使用すれば、圧電素子の温度特性や経年劣化による特性変動によって、発振周波数と所望の周波数とにずれが生じた場合、所望の周波数を出力するように自己補償がかかる。

発振周波数にずれが生じた後、所望の周波数に安定するまでの時間を短縮する場合は、図７のようにＬＰＦ減衰回路２またはＨＰＦ減衰回路３のフィルタの次数が高くなるようにスイッチを切り替え、減衰の傾きを大きくしてずれを検知し易くしても良い。図７ではフィルタを２段用いている。
この実施例の周波数制御回路１を用いた発振器によれば、可変容量６のリニアリティは不問である。

この実施例の周波数制御回路を用いた発振器によれば、フィルタのカットオフ周波数（ｆｃ１、ｆｃ２）を調整し減衰域に対応させることと、ｆ０調整電圧生成回路の出力を調整することで、所望の周波数を選択できる。

受動素子を用いた発振器としてはＣＲ発振器が挙げられ、その中でも良く知られるウィーンブリッジ型に周波数制御回路を適用した例を図８に示す。
図８では、発振周波数と所望の周波数とのずれを周波数制御回路１により補償電圧（ｖｃ）として出力した後、補償電圧（ｖｃ）をアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）３１へ通すことで抵抗値を切り替えて発振周波数を制御するものである。発振回路は、ＣＲ発振器３０からなる発振部、周波数制御回路１およびＡＤＣ３１からなる。ＣＲ発振器３０は、増幅器ＡＭＰと、抵抗Ｒ１、Ｒ２と、可変抵抗Ｒ３、Ｒ４と、容量Ｃ１、Ｃ２とを備え、増幅器ＡＭＰは、入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスの低い入出力同相である。発振周波数は、可変抵抗Ｒ３、Ｒ４と容量Ｃ１、Ｃ２により決まり、増幅度はＲ１、Ｒ２により左右される。ＡＤＣ３１の出力は可変抵抗Ｒ３、Ｒ４に入力されている。
以上、この実施例によれば、例えば発振器の場合、外部接続する受動素子の温度特性や経年変化によって発振周波数が変動しても、所望の周波数を出力するように自己補償することが可能となる。また、所望の出力周波数を選択できる。

次に、図９乃至図１２を参照して実施例３を説明する。
図９は、周波数制御回路を用いた水晶発振器の回路図である。この発振器は、水晶振動子１１と発振回路１０で構成される。
発振回路１０には周波数制御回路１が組み込まれており、この周波数制御回路１は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２ａ、ローパスフィルタ２ａの出力を入力する整流回路２ｂ、整流回路２ｂの出力を入力する平滑回路２ｃ、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３ａ、ハイパスフィルタ３ａの出力を入力する整流回路３ｂ、整流回路３ｂの出力を入力する平滑回路３ｃ、各平滑回路２ｃ、３ｃの電圧（ｖｌ、ｖｈ）の差分（△ｖｃ）を出力する差動増幅回路４、制御電圧生成回路２１、その出力電圧（ｖｃ）を入力する可変容量６で構成される。制御電圧生成回路２１は、実施例２と同じ構成であるので説明を省略する。

ローパスフィルタ２ａは、入力された周波数（ｘｏｕｔ）が減衰域に対応するローパスフィルタ回路であり、入力振幅に対して、減衰された振幅電圧（ｖｌｐ）が出力される。例えば、入力を抵抗で受けて、容量接地した構成が一般的である。ハイパスフィルタ３ａは、入力された周波数（ｘｏｕｔ）が減衰域に対応するハイパスフィルタ回路であり、入力振幅に対して、減衰された振幅電圧（ｖｈｐ）が出力される（図１０（ｃ））。例えば、入力を容量で受けて、抵抗接地した構成が一般的である。
ローパスフィルタ２ａの出力である振幅電圧（ｖｌｐ）およびハイパスフィルタ３ａの出力である振幅電圧（ｖｈｐ）は、これらフィルタ回路に入力された周波数（ｘｏｕｔ）に対して位相がずれる。ｆ１入力時において、ｖｌｐは、減衰率がｇＬ１と小さいので、振幅が大きく、ｖｈｐは、減衰率がｇＨ１と大きいので、振幅が小さい。ｆ０入力時においては、ｖｌｐとｖｈｐの減衰率がどちらもｇ０であるので、振幅は同じである（図１０（ｂ））。

整流回路は、入力された交流電圧に対し整流して出力する回路であり、整流回路２ｂは、交流電圧（ｖｌｐ）を全波整流して、出力電圧（ｖｌａ）（図１１（ａ））を得る。整流回路３ｂは、交流電圧（ｖｈｐ）を全波整流して出力電圧（ｖｈａ）（図１１（ｂ））を得る。ｖｌａは、ｆ１入力時には、減衰率がｇＬ１と小さいので、振幅が大きく、ｆ０入力時には、減衰率ｇ０の振幅となる。ｖｈａは、ｆ１入力時には、減衰率がｇＨ１と大きいので、振幅が小さく、ｆ０入力時には、減衰率がｇ０で安定する。
平滑回路は、入力された交流電圧を平滑化し、直流電圧を出力する回路である。ローパスフィルタと同じ構成が一般的である。平滑回路２ｃは、整流回路２ｂの出力電圧（ｖｌａ）を入力して直流電圧（ｖｌ）を得る。平滑回路３ｃは、整流回路３ｂの出力電圧（ｖｈａ）を入力して直流電圧（ｖｈ）を得る（図１１（ｃ））。ｆ１入力時において、ｖｌは、入力振幅が大きいので、ｖｌ０と高めであり、ｖｈは、入力振幅が小さいので、ｖｈ０と低めである。また、ｆ０入力時において、ｖｌ、ｖｈ共に一定の値ｖ０と等しくなる。
つぎに、発振器の動作を説明する。ここでは、時間０では周波数がｆ１であるが、時間が経つとｆ０に戻る様子を示している。

まず、周波数制御回路１のｆ０調整を行う。即ち、ｆ０調整電圧生成回路２３の出力電圧を調整し発振周波数がｆ０となるようなｖｃ０を設定する。その時のデータをメモリ２２に記憶させる。ついで、ｆ０時のローパスフィルタ２ａおよびハイパスフィルタ３ａの減衰量が同じになるように素子の定数を切り替え、カットオフ周波数を調整する。
以上の動作により、この発振器はｆ０に自己補償がかかる状態となる。

この実施例の水晶振動子は、図１０（ａ）に示すような周波数温度特性を持っている。
常温でｆ０になるように自己補償をかけた状態において、例えば周囲温度が低温になった場合、発振周波数はｆ１となり、ｆ０より低くなる。ｆ１は周波数制御回路１へ入力されており、ｆ０とのずれを△ｖｃとして検知する（図１２（ａ））。ここでは△ｖｃ＝Ａ（ｖｌ−ｖｈ）で示しているが、△ｖｃ＝Ａ（ｖｈ−ｖｌ）としても良い。ｆ１入力時は差分（△ｖｃ）が発生しているが、ｆ０入力時では差分がなくなる（図１２（ａ））。
△ｖｃは積分回路５に入力され、微小な電圧（ＶＣＯＭ）が可変容量６を調整できる電圧（ｖｃ１＝ＶＣＯＭ＋∫Ａ（ｖｌ−ｖｈ））にまで成長する。ｆ０入力時ではｖｃ１は、一定の値に近づく（図１２（ｂ））。

積分回路５の出力（ｖｃ１）は、ｆ０調整電圧（ｖｃ０）に足し込まれ、ずれの補償電圧（ｖｃ＝ＶＣＯＭ＋∫Ａ（ｖｌ−ｖｈ）＋ｖｃ０）が作られる（図１２（ｃ））。
ずれの補償電圧（ｖｃ）は可変容量６に入力され、入力電圧（ｖｃ）に対応した発振部容量に設定され、発振周波数が補償される。
可変容量の入力電圧（ｖｃ）は、発振周波数とｆ０に差がある場合、△ｖｃが０にならないため変化し続ける。△ｖｃが０、すなわち発振周波数がｆ０になった場合は積分回路５の出力（ｖｃ１）が一定の値になり、ｖｃも一定の値に落ち着く。周波数がｆ０でなければ差分（△ｖｃ）が発生するため、ｆ０に戻すような働きをする（図１２（ｄ））。

つまり、この周波数制御回路を使用すれば、圧電素子の温度特性や経年劣化による特性変動によって、発振周波数と所望の周波数とにずれが生じた場合、所望の周波数を出力するように自己補償がかかる。
以上、この実施例によれば、例えば発振器の場合、外部接続する受動素子の温度特性や経年変化によって発振周波数が変動しても、所望の周波数を出力するように自己補償することが可能となる。また、所望の出力周波数を選択できる。

次に、図１３乃至図１５を参照して実施例４を説明する。
図１３は、周波数制御回路を用いた水晶発振器の回路図である。この発振器は、水晶振動子１１と発振回路１０で構成される。
発振回路１０には周波数制御回路１が組み込まれており、この周波数制御回路１は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２ａ、ローパスフィルタ２ａの出力を入力する整流回路２ｂ、整流回路２ｂの出力を入力する平滑回路２ｃ、基準電圧回路１２、平滑回路２ｃの出力電圧（ｖｌ）と基準電圧回路１２の出力電圧（ｖｈ）との差分（△ｖｃ）を出力する差動増幅回路４と、制御電圧生成回路２１と、その出力電圧（ｖｃ）を入力する可変容量６で構成される。制御電圧生成回路２１は、実施例２及び実施例３と同じ構成である。

ローパスフィルタ２ａは、入力された周波数（ｘｏｕｔ）が減衰域に対応するローパスフィルタ回路であり、入力振幅に対して、減衰された振幅電圧（ｖｌｐ）が出力される（図１４（ｃ））。
基準電圧回路１２は、基準周波数を持つ発振信号がフィルタ回路、整流回路、平滑回路を通過した後の電圧と同じ値を持つ回路である。この回路は、周波数制御回路１内で構成せず、外部装置からの電圧供給であっても良い。
ローパスフィルタ２ａの出力である振幅電圧（ｖｌｐ）は、フィルタ回路の入力周波数（ｘｏｕｔ）に対して位相がずれる。ｆ１入力時において、ｖｌｐは、減衰率がｇＬ１と小さいので、振幅が大きく、ｆ０入力時においては、減衰率ｇ０での振幅となる。

整流回路は、入力された交流電圧に対し整流して出力する回路であり、整流回路２ｂは、交流電圧（ｖｌｐ）を全波整流して、出力電圧（ｖｌａ）（図１４（ｄ））を得る。ｖｌａは、ｆ１入力時には、減衰率がｇＬ１と小さいので、振幅が大きく、ｆ０入力時には、減衰率ｇ０の振幅となる。
平滑回路は、入力された交流電圧を平滑化し、直流電圧を出力する回路である。ローパスフィルタと同じ構成が一般的である。平滑回路２ｃは、整流回路２ｂの出力電圧（ｖｌａ）を入力して直流電圧（ｖｌ）を得る。ｆ１入力時において、ｖｌは、入力振幅が大きいので、ｖｌ０と高めであり、基準電圧回路１２の出力電圧（ｖｈ）は、一定である（図１４（ｅ））。

つぎに、発振器の動作を説明する。ここでは、時間０では周波数がｆ１であるが、時間が経つとｆ０に戻る様子を示している。
まず、周波数制御回路１のｆ０調整を行う。即ち、ｆ０調整電圧生成回路２３の出力電圧を調整し発振周波数がｆ０となるようなｖｃ０を設定する。その時のデータをメモリ２２に記憶させる。ついで、カットオフ周波数を調整する。
以上の動作により、この発振器はｆ０に自己補償がかかる状態となる。

この実施例の水晶振動子は、図１４（ａ）に示すような周波数温度特性を持っている。

常温でｆ０になるように自己補償をかけた状態において、例えば周囲温度が低温になった場合、発振周波数はｆ１となり、ｆ０より低くなる。ｆ１は周波数制御回路１へ入力されており、ｆ０とのずれを△ｖｃとして検知する（図１５（ａ））。ここでは△ｖｃ＝Ａ（ｖｌ−ｖｈ）で示しているが、△ｖｃ＝Ａ（ｖｈ−ｖｌ）としても良い。ｆ１入力時は差分（△ｖｃ）が発生しているが、ｆ０入力時では差分がなくなる（図１５（ａ））。

△ｖｃは積分回路５に入力され、微小な電圧（ＶＣＯＭ）が可変容量６を調整できる電圧（ｖｃ１＝ＶＣＯＭ＋∫Ａ（ｖｌ−ｖｈ））にまで成長する。ｆ０入力時ではｖｃ１は、一定の値に近づく（図１５（ｂ））。
積分回路５の出力（ｖｃ１）は、ｆ０調整電圧（ｖｃ０）に足し込まれ、ずれの補償電圧（ｖｃ＝ＶＣＯＭ＋∫Ａ（ｖｌ−ｖｈ）＋ｖｃ０）が作られる（図１５（ｃ））。
ずれの補償電圧（ｖｃ）は可変容量６に入力され、入力電圧（ｖｃ）に対応した発振部容量に設定され、発振周波数が補償される。
可変容量の入力電圧（ｖｃ）は、発振周波数とｆ０に差がある場合、△ｖｃが０にならないため変化し続ける。△ｖｃが０、すなわち発振周波数がｆ０になった場合は積分回路５の出力（ｖｃ１）が一定の値になり、ｖｃも一定の値に落ち着く。周波数がｆ０でなければ差分（△ｖｃ）が発生するため、ｆ０に戻すような働きをする（図１５（ｄ））。

つまり、この周波数制御回路を使用すれば、圧電素子の温度特性や経年劣化による特性変動によって、発振周波数と所望の周波数とにずれが生じた場合、所望の周波数を出力するように自己補償がかかる。
以上、この実施例によれば、例えば発振器の場合、外部接続する受動素子の温度特性や経年変化によって発振周波数が変動しても、所望の周波数を出力するように自己補償することが可能となる。また、所望の出力周波数を選択できる。

以上、実施例を説明したが、本発明の周波数制御回路を用いた発振器によれば、可変容量は外付けのものを使用しても良い。本発明の周波数制御回路を用いた発振器によれば、差動増幅回路のゲインを調整し、ｆ０に安定するまでの時間を調整できるようにしても良い。実施例では圧電素子を使った発振器に周波数制御回路を応用したが、本発明では容量や抵抗などの受動素子を用いた発振器に応用しても良い。また、発振部に接続される共振子は水晶振動子、ＭＥＭＳ振動子またはＬＣ回路を用いても良い。

１・・・周波数制御回路
２・・・ＬＰＦ減衰回路
２ａ・・・ＬＰＦ
２ｂ、３ｂ・・・整流回路
２ｃ、３ｃ・・・平滑回路
３・・・ＨＰＦ減衰回路
３ａ・・・ＨＰＦ
４・・・差動増幅回路
５・・・積分回路
６・・・可変容量
７・・・発振部
８・・・出力回路
９・・・振動子
１０・・・発振回路
１１・・・水晶振動子
１２・・・基準電圧回路
２０、２２・・・メモリ
２１・・・制御電圧生成回路
２３・・・ｆ０調整電圧生成回路
２４・・・加算回路
３０・・・ＣＲ発振器
３１・・・ＡＤＣ

Claims (10)

1. 入力された発振信号の周波数が減衰域に対応するフィルタ回路と、前記発振信号が前記フィルタ回路を通過した後の振幅に応じた第１の電圧を生成する第１の周波数電圧変換回路と、前記第１の電圧と所定電圧とを比較し、前記両電圧の差に応じた出力電圧を生成する差動増幅回路と、前記差動増幅回路の出力電圧を積分する積分回路を含み積分された電圧に基づいた前記制御電圧を生成する制御電圧生成回路とを具備し、前記発振信号の周波数の変動を前記制御電圧により補償することを特徴とする周波数制御回路。
2. 前記フィルタ回路はローパスフィルタから構成され、更に、前記発振信号が入力されるとともにその周波数が減衰域に対応するハイパスフィルタと、前記発振信号が前記ハイパスフィルタを通過した後の振幅に応じた第２の電圧を生成する第２の周波数電圧変換回路とを有し、前記第２の電圧を前記所定電圧とすることを特徴とする請求項１記載の周波数制御回路。
3. 前記所定電圧は、基準周波数を持つ前記発振信号が前記フィルタ回路を通過した後の振幅に応じた前記第１の電圧と同じ値であることを特徴とする請求項１記載の周波数制御回路。
4. 前記制御電圧生成回路は、積分回路と基準周波数（f０）調整電圧生成回路及び加算回路を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の周波数制御回路。
5. 入力された周波数が減衰域で動作するカットオフ周波数を決定する回路を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の周波数制御回路。
6. 前記周波数制御回路は、１半導体チップに形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の周波数制御回路。
7. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の周波数制御回路と、入力電圧による制御によって出力周波数の変更が可能な発振部とを有する発振器において、前記周波数制御回路は、前記発振部から出力される発振信号が入力され、前記制御電圧が前記発振部から出力される前記発振信号の周波数を設定することを特徴とする発振回路。
8. 前記発振部はＣＲ発振回路であることを特徴とする請求項７に記載の発振回路。
9. 前記発振部は、増幅回路と、共振子が接続されることにより前記増幅回路に対して帰還ループを構成する回路を有し、前記共振子に直列に接続され前記制御電圧が一端に入力される可変容量素子とを含む電圧制御型の発振回路であることを特徴とする請求項７に記載の発振回路。
10. 請求項９に記載の発振回路と、前記増幅回路の入出力間に接続した前記共振子から構成され、前記共振子は水晶振動子、ＭＥＭＳ振動子またはＬＣ回路であることを特徴とする発振器。
    
    

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