JP2014062812A - 温度センサー及び温度補償発振器 - Google Patents

温度センサー及び温度補償発振器 Download PDF

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Abstract

【課題】2発振回路の干渉による悪影響を受けることなく、振動子の発振周波数差から温度情報を生成できる温度センサーを提供する。
【解決手段】温度センサーは、振動子10と、振動子10を第1振動モードで振動させるための第1発振回路OS1と、振動子を第2振動モードで振動させるための第2発振回路OS2と、振動子10を第1発振回路OS1又は第2発振回路OS2に接続する切替回路SW1と、切替回路SW1等を制御する制御回路16とを備え、振動子10が接続されている状態にある第1発振回路OS1から出力される信号と、振動子10が接続されている状態にある第2発振回路OS2から出力される信号とに基づき、それらの信号の周波数差を示す情報を生成して温度情報として出力する。
【選択図】図3

Description

本発明は、温度センサーと温度補償発振器とに関する。
周知のように、無線通信装置、コンピュータ等の電子機器には、通常、水晶発振器(水晶振動子と発振回路とからなる回路)が用いられているが、水晶振動子の発振周波数は、温度によって変化する。そのため、特に正確な周波数を必要とする機器には、水晶振動子と温度補償発振回路とを一つのパッケージに組み込んだTCXO(Temperature Compensated Crystal Oscillator;温度補償水晶発振器)が用いられている。
そして、一般的なTCXOは、水晶振動子近傍の温度(水晶振動子近傍に設けた感温素子により測定された温度)に基づき温度補償を行うものとなっているのであるが、水晶振動子自体の温度に基づき温度補償を行う水晶発振器も開発されている。
具体的には、図1に示してあるように、水晶振動子は、周波数温度特性が異なる複数の振動モード(図1では、厚みすべり系振動モード及び輪郭系振動モード)を有している。従って、水晶振動子の2振動モードでの発振周波数の差を求めてやれば、水晶振動子に関する温度情報(水晶振動子の温度に変換できる情報)を得ることが出来る。
そのため、図2に示したように、水晶振動子に2つの発振回路を接続し、両発振回路の出力のビート信号をミキサにより生成し、生成したビート信号からローパスフィルタにより発振周波数の差が含まれる低周波成分を抽出することによって、水晶振動子に関する温度情報を求め、当該温度情報に基づき温度補償を行う水晶発振器(例えば、特許文献1参照)が開発されている。
特開2005−236801号公報 特開2006−189312号公報 特開2004−184256号公報 特開2005−136552号公報
水晶振動子等の振動子の2振動モードでの発振周波数の差を求めれば、振動子自体の温度を得ることができる。また、振動子の2振動モードでの発振周波数の差から温度を求めるようにすれば、熱電対等の感温素子を用いた場合よりも高精度に温度を測定できることにもなる。ただし、振動子を2振動モードで同時に振動させる場合、2発振回路(1つの振動子を共有した2発振器)間が全く干渉しないようにすることが困難であるため、高精度の温度情報が得られないことが多い。
開示の技術の課題は、2発振回路の干渉による悪影響を受けることなく、振動子の発振周波数差から温度情報を生成できる温度センサー、及び、2発振回路の干渉による悪影響を受けることなく、振動子の温度補償を行える温度補償発振器を、提供することにある。
開示の技術の一観点による温度センサーは、
振動子と、
前記振動子を第1振動モードで振動させるための第1発振回路と、
前記振動子を前記第1振動モードとは異なる第2振動モードで振動させるための第2発振回路と、
前記振動子を前記第1発振回路又は前記第2発振回路に接続する切替回路と、
前記振動子に前記第1発振回路と前記第2発振回路とが交互に接続されるように前記切替回路を制御する制御回路と、
前記振動子が接続されている状態にある前記第1発振回路から出力される信号と、前記振動子が接続されている状態にある前記第2発振回路から出力される信号とに基づき、それらの信号の周波数差を示す情報を生成して前記振動子に関する温度情報として出力する温度情報出力回路と、
を備える。
また、開示の技術の一観点による温度補償発振器は、上記温度センサーを含み、
前記温度情報に基づき、前記振動子の温度補償を行って、前記振動子と前記第1発振回路とを含む第1発振器又は前記振動子と前記第2発振回路を含む第2発振器が生成する周波数の信号を出力する。
開示の技術によれば、2発振回路の干渉による悪影響を受けることなく、振動子の発振周波数差から温度情報を生成できる温度センサー、及び、2発振回路の干渉による悪影響を受けることなく、振動子の温度補償を行える温度補償発振器を、提供できる。
水晶振動子の周波数温度特性の説明図 水晶振動子の2振動モードでの発振周波数差から温度情報を求める構成の説明図 第1実施形態に係る温度センサーの構成図 第1実施形態に係る温度センサーが備える切替制御回路の切替回路に対する制御内容の説明図 第1実施形態に係る温度センサーの動作の説明図 第1実施形態に係る温度センサーの動作の説明図 第1実施形態に係る温度センサーの動作の説明図 第1実施形態に係る温度センサーの動作の説明図 第1実施形態に係る温度センサーの動作の説明図 第2実施形態に係る温度センサーの動作の説明図 第3実施形態に係る温度センサーの構成図 第4実施形態に係る温度補償発振器の構成図
以下、本発明の幾つかの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
《第1実施形態》
図3に、本発明の第1実施形態としての温度センサーの構成を示す。
図3に示してあるように、第1実施形態に係る温度センサーは、水晶振動子10と8つの切替回路SW1〜SW8と第1発振回路OS1と第2発振回路OS2と4つのタンク回路TN1〜TN4とを備える。また、温度センサーは、2つの位相比較回路PC1及びPC2と4つの遅延回路DL1〜DL4とミキサ12とローパスフィルタ(“ローパス”)14を備える。
この温度センサーは、ローパスフィルタ14から、水晶振動子10に関する温度情報(水晶振動子10の温度を表す情報/水晶振動子10の温度に変換できる情報)が出力されるセンサーである。
水晶振動子10は、一般に使用されている、複数の振動モード(発振モード)を有する水晶振動子(例えば、ATカット振動子)である。第1発振回路OS1は、水晶振動子10を第1振動モード(例えば、輪郭系振動モード)で振動(発振)させるための回路であり、第2発振回路OS2は、水晶振動子10を、第1振動モードとは異なる第2振動モード(例えば、厚みすべり振動モード)で振動させるための回路である。
切替回路SW1は、水晶振動子10を、第1発振回路OS1、第2発振回路OS2のいずれか一方に接続する回路である。尚、各切替回路SWk(k=1〜8)には、切替制御回路16(詳細は後述)からの制御信号が入力されている。そして、切替回路SW1は、当該制御信号によって、時間T(例えば、数ミリ秒)毎に、その状態が変更される回路となっている。
図3に示してあるように、第1発振回路OS1の出力と第2発振回路OS2の出力とは、切替回路SW2に入力されている。
切替回路SW2は、以下の2状態を取り得る切替回路である。
・第1発振回路OS1の出力を切替回路SW3に供給し(第1発振回路OS1の出力端子と切替回路SW3の入力端子とを接続し)、第2発振回路OS2の出力を切替回路SW4に供給しない(第2発振回路OS2の出力端子をどの端子とも接続しない)状態
・第1発振回路OS1の出力を切替回路SW3に供給せずに、第2発振回路OS2の出力を切替回路SW4に供給する状態(図3に示してある状態)
切替回路SW3は、切替回路SW2側からの信号(“0”レベルの信号又は第1発振回路OS1の出力信号)を、タンク回路TN1及びタンク回路TN2のいずれかに供給する回路である。切替回路SW4は、切替回路SW2側からの信号を、タンク回路TN3及びタンク回路TN4のいずれかに供給する回路である。
タンク回路TN1〜TN4は、入力が無くなっても、それまで入力されていた信号と同周波数の信号を、一定時間(時間Tよりも長い時間)の間、出力し続ける共振回路である。図3に示してあるように、タンク回路TN1の出力は、位相比較回路PC1と遅延回路DL1とに入力されており、タンク回路TN2の出力は、位相比較回路PC1と遅延回路DL2とに入力されている。また、タンク回路TN3の出力は、位相比較回路PC2と遅延回路DL3とに入力されており、タンク回路TN4の出力は、位相比較回路PC2と遅延回路DL4とに入力されている。
タンク回路TNm(m=1〜4)の出力が入力されている遅延回路DLmは、遅延時間を、制御信号により制御(変更)できる遅延回路である。
位相比較回路PC1は、タンク回路TN1の出力とタンク回路TN2の出力との間の位相差を検出し、検出結果に応じたレベルの信号を出力する回路である。位相比較回路PC2は、タンク回路TN3の出力とタンク回路TN4の出力との間の位相差を検出し、検出結果に応じたレベルの信号を出力する回路である。尚、位相比較回路PC1が出力する信号は、遅延回路DL1又はDL2に制御信号として供給されると、2つの遅延回路DL1及びDL2の出力が同位相となるレベルの信号となっている。同様に、位相比較回路PC2が出力する信号は、遅延回路DL3又はDL4に制御信号として供給されると、2つの
遅延回路DL3及びDL4の出力が同位相となるレベルの信号となっている。
切替回路SW5は、位相比較回路PC1から出力される信号を、制御信号として、遅延回路DL1又は遅延回路DL2に供給する回路である。また、切替回路SW6は、位相比較回路PC2からの信号を、制御信号として、遅延回路DL3又は遅延回路DL4に供給する回路である。
切替回路SW7は、遅延回路DL1又は遅延回路DL2の出力をミキサ12に供給する回路であり、切替回路SW8は、遅延回路DL3又は遅延回路DL4の出力をミキサ12に供給する回路である。
ミキサ12は、2つの切替回路SW7及びSW8から入力される2信号を混合する回路である。詳細については後述するが、このミキサ12には、常に、第1発振器(水晶振動子10+第1発振回路OS1)の出力信号と同周波数の信号と、第2発振器(水晶振動子10+第2発振回路OS2)の出力信号と同周波数の信号とが入力される。従って、ミキサ12からは、2発振器の出力信号のビート信号が出力されることになる。
ローパスフィルタ14は、ミキサ12が出力する2発振器の出力信号のビート信号から、2発振器の出力信号の周波数差よりも周波数が高い成分を除去するフィルタである。すなわち、本温度センサーの、ミキサ12とローパスフィルタ14とからなる回路は、2発振器の出力信号の周波数差を表す情報(2発振器の出力信号のビート信号中の低周波成分)を出力する回路となっている。
以下、切替制御回路16の機能を説明する。
図4に、切替制御回路16の各切替回路SWk(k=1〜8)に対する制御内容と、温度センサーの各信号経路上の信号の状態(波形)とを示す。
尚、この図4に信号経路m(m=1〜4)として示してある信号波形は、ほぼ、タンク回路TNmの出力信号の波形(又は遅延回路DNmの出力信号の波形)に相当するものである。ただし、信号経路1についての時間範囲t1〜t2における信号波形や、信号経路3についての時間範囲t4〜t5における信号波形は、タンク回路TN1/TN3の出力信号波形ではなく、水晶振動子10の接続直後の発振回路OS1又はOS2の、安定していない出力信号波形を模式的に示したものである。また、図4は、ミキサ12に入力される信号の部分/時間帯に、網掛けを付したものとなっている。
既に説明したように、切替制御回路16は、水晶振動子10の接続先が変更されるように時間T毎に切替回路SW1を制御するが、図4に示してあるように、その際、切替制御回路16は、切替回路SW1のみを制御する(切替回路SW1の状態のみを変更する)。
また、水晶振動子10の接続先が第1発振回路OS1に変更される際、本温度センサーの切替回路SW2〜SW8は、図3に示してある状態又は図9に示してある状態を取っている。水晶振動子10の接続先が第1発振回路OS1に変更される際に、切替回路SW2〜SW8が図3に示してある状態を取っているのは、図4において“A”と示してある時刻(時刻t1等)である。また、水晶振動子10の接続先が第1発振回路OS1に変更される際に、切替回路SW2〜SW8が図9に示してある状態を取っているのは、図4において“B”と示してある時刻である。
以下では、時刻t1からの切替制御回路16の動作を説明することにする。
切替制御回路16が時刻t1に水晶振動子10の接続先を第1発振回路OS1に変更すると、温度センサー(図3参照)内の水晶振動子10と第1発振回路OS1とからなる部分が第1発振器として動作し始める。ただし、切替制御回路16は、切替回路SW1の状態変更時、他の切替回路SW2〜SW8の状態を変更しない(図4)。
従って、水晶振動子10の接続先を第1発振回路OS1に変更されても、図3及び図4に示してあるように、ミキサー12には、タンク回路TN2及びタンク回路TN4の出力が遅延回路DL2及びDL4を介して入力され続けることになる。そして、タンク回路TN2、タンク回路TN4の出力は、それぞれ、第1発振器、第2発振器(水晶振動子10+第2発振回路OS2)から出力される信号と同周波数の信号となっている。そのため、ミキサ12から、周波数の異なる第1、第2発振器の出力信号のビート信号が出力され、ローパスフィルタ14からは、第1、第2発振器の出力信号の周波数差を示す情報(ビート信号中の低周波成分)が温度情報として出力されることになる。
図4に示してあるように、切替制御回路16は、時刻t1から時間τ1が経過した時刻t2に、切替回路SW2の状態を、第1発振回路OS1の出力を切替回路SW3に供給する状態(“OS1→SW3”)に変更する。尚、時間τ1とは、『水晶振動子10の接続先を或る発振回路(OS1又はOS2)へ変更した後、当該発振回路の動作が安定するまでに要する時間』以上となるようにその値が定められている時間のことである。
さらに、切替制御回路16は、時刻t2に(水晶振動子10の接続先を第1発振回路OS1に変更してから時間τ1が経過したときに)、切替回路SW3の状態及び切替回路SW5の状態も変更する。すなわち、切替制御回路16は、切替回路SW3の状態を、切替回路SW2側からの信号をタンク回路TN1に供給する状態に変更し、切替回路SW5の状態を、位相比較回路PC1からの制御信号を遅延回路DL2に供給する状態に変更する。
切替回路SW2、SW3及びSW5の状態が変更されると、図5に示してあるように、第1発振回路OS1の出力がタンク回路TN1に供給されるようになる。ただし、切替回路SW7の状態は、遅延回路DL2側からの信号をミキサ12に供給する状態にある。そのため、ミキサ12は、切替回路SW2等の状態変更前(切替前)と同様に、タンク回路TN2の出力とタンク回路TN4の出力とを混合したビート信号を出力する。また、ローパスフィルタ14も、切替回路SW2等の状態変更前と同様に、当該ビート信号から、第1、第2発振器の出力信号の周波数差を示す情報を抽出して温度情報として出力する。
第1発振回路OS1の出力がタンク回路TN1に供給され、タンク回路TN2の出力がミキサ12に供給されている場合に機能するのが、位相比較回路PC1及び遅延回路DL2である。
すなわち、既に説明したように、遅延回路DL2は、遅延時間を制御信号により制御(変更)できる回路である。また、位相比較回路PC1は、タンク回路TN1の出力とタンク回路TN2の出力との間の位相差を検出し、検出結果に応じたレベルの信号を出力する回路である。さらに、位相比較回路PC1が出力する信号は、遅延回路DL1又はDL2に制御信号として供給されると、2つの遅延回路DL1及びDL2の出力が同位相となるレベルの信号となっている。
従って、第1発振回路OS1の出力がタンク回路TN1に供給され、タンク回路TN2の出力がミキサ12に供給されている場合、遅延回路DL2の出力が遅延回路DL1の出力と同位相となるように遅延回路DL2の出力信号が遅延されることになる。
図4に示してあるように、切替制御回路16は、時刻t2(切替回路SW2、SW3及びSW5の状態を変更した時刻)から時間τ2が経過した時刻t3に、切替回路SW7の状態を変更する。尚、時間τ2とは、2つの遅延回路からの信号の位相を一致させるための処理(現在、説明している場合においては、遅延回路DL2と位相比較回路PC1とによる処理)の完了待機時間として予め定められている時間のことである。
切替回路SW7の状態が変更されると、図6に示してあるように、水晶振動子10と接続されている第1発振回路OS1の出力が、遅延回路DL1等を介してミキサ12に入力されるようになる。
そして、切替回路SW8側の各切替回路の状態は変わっていないのであるから、切替回路SW7の状態変更後にも、ローパスフィルタ14から、第1、第2発振器の出力信号の周波数差を示す情報が温度情報として出力されることになる。
図4に示してあるように、切替制御回路16は、水晶振動子10の接続先を第1発振回路OS1に変更してから時間Tが経過すると(時刻t4になると)、他の各切替回路の状態を変更することなく、切替回路SW1の状態のみを変更する。
切替回路SW1の状態のみが変更されると、図7に示してあるように、水晶振動子10が第2発振回路OS2に接続される。そして、その結果として、水晶振動子10と第2発振回路OS2とからなる部分が第2発振器として動作し始めるが、他の切替回路の状態は変更されていない。従って、ミキサー12には、それまでと同じく(図4参照)、タンク回路TN1及びタンク回路TN4の出力が入力され続けることになる。また、ローパスフィルタ14からは、第1、第2発振器の出力信号の周波数差を示す情報が温度情報として出力されることになる。
切替制御回路16は、水晶振動子10の接続先を第2発振回路OS2に変更してから時間τ1が経過したときに(時刻t5に)、切替回路SW2の状態を、第2発振回路OS2の出力を切替回路SW4に供給する状態(“OS2→SW4”)に変更する。また、切替制御回路16は、時刻t5に、切替回路SW4の状態及び切替回路SW6の状態も変更する。
切替回路SW2、SW4及びSW6の状態が変更されると、図8に示してあるように、第2発振回路OS2の出力がタンク回路TN3に供給されるようになる。ただし、切替回路SW8は、遅延回路DL4側からの信号をミキサ12に供給している。そのため、ミキサ12は、切替回路SW2等の状態変更(切り替え)前と同じ動作をし続けることになる。
既に説明した温度センサーの回路構成から明らかなように、切替回路SW4から切替回路SW8までの回路構成は、切替回路SW3から切替回路SW7までの回路構成は、本質的には同じものとなっている。従って、第2発振回路OS2の出力がタンク回路TN3に供給され、タンク回路TN2の出力がミキサ12に供給されている場合、位相比較回路PC2及び遅延回路DL4により、遅延回路DL4の出力信号が遅延回路DL3の出力信号と同位相となるように、遅延回路DL3の出力信号が遅延される。
そして、図4に示してあるように、切替制御回路16は、切替回路SW2、SW4及びSW6の状態変更後、時間τ2が経過した場合には、切替回路SW8の状態を変更する。
切替回路SW8の状態が変更されると、図9に示してあるように、水晶振動子10と接続されている第3発振回路OS2の出力が、タンク回路TN3等を経由してミキサ12に
入力されるようになる。そして、タンク回路TN2は、切替回路SW2の状態変更前に入力されていた信号(水晶振動子10と接続されている第1発振回路OS1の出力信号)と同周波数の信号を出力し続けている(図4参照)。従って、切替回路SW8の状態変更後にも、ローパスフィルタ14から、水晶振動子10の温度を表す温度情報が出力されることになる。
切替制御回路16は、水晶振動子10の接続先を第2発振回路OS2に変更してから時間Tが経過した場合には、水晶振動子10の接続先を第1発振回路OS1に変更する。そして、切替制御回路16は、切替回路SW2、SW3、SW5、SW7に対して、上記したものと本質的には同内容の制御を行う。尚、“本質的には同内容の制御”とは、“状態変更後の切替回路SW3等の状態のみが異なる制御”(図4参照)のことである。
また、切替制御回路16は、水晶振動子10の接続先を第1発振回路OS1に変更してから時間Tが経過した場合には、水晶振動子10の接続先を第2発振回路OS1に変更する。次いで、切替制御回路16は、切替回路SW2、SW4、SW6、SW8に対して、上記したものと本質的には同内容の制御を行う。
従って、上記のような一連の制御後に、再度、水晶振動子10の接続先が変更されたときに、温度センサーの切替回路SW1〜SW8の状態が図3に示してあるものに戻ることになる。
以上、説明したように、本実施形態に係る温度センサーは、2つの発振回路を同時に機能しない構成を有している。そして、2つの発振回路を同時に機能しなければ、干渉による悪影響は生じないのであるから、本実施形態に係る温度センサーは、2発振回路の干渉による悪影響を受けることなく、振動子の発振周波数差から温度情報を生成できるものとなっているということが出来る。
また、温度センサーは、水晶振動子10を或る発振器(OS1又はOS2)に接続した後、当該発振器の動作が安定するのを待ってから、当該発振器の出力を後段の回路に供給する構成を有している。さらに、温度センサーは、ミキサ12へ供給する信号を切り替える前(切替回路SW7、SW8の状態を変更する前)に、これから供給する信号と同位相となるようにミキサ12に供給中の信号を遅延させる構成も有している。
従って、本実施形態に係る温度センサーは、常時、正確な温度情報を出力できるもの(切替回路SW1、SW7、SW8等の状態変更時に異常な温度情報が出力されないもの)ともなっていることになる。
《第2実施形態》
図10に、本発明の第2実施形態としての温度センサーの構成を示す。
この第2実施形態に係る温度センサーは、任意時刻の温度情報が必要とされない(正確な温度情報が周期的に得られれば良い)場合に使用するものとして開発したセンサーである。
図10に示してあるように、第2実施形態に係る温度センサーは、水晶振動子10、切替回路SW1及びSW2、第1発振回路OS1、第2発振回路OS2、ミキサ12、ローパスフィルタ14、タンク回路21及び22、切替制御回路23を備える。
第2実施形態に係る温度センサーの水晶振動子10、切替回路SW1及びSW2、第1発振回路OS1、第2発振回路OS2、ミキサ12、ローパスフィルタ14は、それぞれ
、第1実施形態に係る温度センサーの同名・同符号の構成要素と同じものである。
切替制御回路23は、切替制御回路23から切替回路SW3〜SW8の制御機能を取り除いたものに相当する回路(切替回路SW1、SW2のみを切替制御回路23と同様に制御する回路)である。タンク回路21、22は、タンク回路TN1等と同様に、入力が無くなっても、それまで入力されていた信号と同周波数の信号を、一定時間の間、出力し続ける共振回路である。ただし、タンク回路21、22としては、入力が無くなった後に、それまで入力されていた信号と同周波数の信号を出力する時間が、タンク回路TN1等よりも短いもの(通常、時間Tよりも若干短いもの)が使用される。
以上、説明した構成から明らかなように、この温度センサーは、ローパスフィルタ14から正確な温度情報が出力される時間帯が限られている(切替回路SW2の状態変更時点を含む各時間帯にローパスフィルタ14から正確な温度情報が出力されない)ものとなっている。ただし、本実施形態に係る温度センサーも、2つの発振回路を同時に機能しない構成を有している。従って、この温度センサーによっても、2発振回路の干渉による悪影響を受けることなく、振動子の発振周波数差から温度情報を生成できることになる。
《第3実施形態》
図11に、本発明の第3実施形態としての温度センサーの構成を示す。
この第3実施形態に係る温度センサーも、上記した第2実施形態に係る温度センサーと同様に、任意時刻の温度情報が必要とされない(正確な温度情報が周期的に得られれば良い)場合に使用するものである。
図11に示してあるように、第3実施形態に係る温度センサーは、第2実施形態に係る温度センサー(図10)に対して、タンク回路22を除去し、タンク回路21を遅延回路25に置換する変形を施したものとなっている。
遅延回路25は、入力信号を、時間T(=切替制御回路23による切替回路SW1の切替周期)と同程度、遅延させる回路である。
要するに、この温度センサーは、水晶振動子10と接続された第1発振回路OS1が出力した信号が遅延回路25により遅延されて、水晶振動子10と接続された第2発振回路OS2が出力した信号とほぼ同時にミキサ12に供給されるように構成したものとなっている。
図11に示した構成を採用しておいても正確な温度情報を得ることが出来る。そして、本実施形態に係る温度センサーも、2つの発振回路を同時に機能しないものである。従って、この第3実施形態に係る温度センサーによっても、2発振回路の干渉による悪影響を受けることなく、振動子の発振周波数差から温度情報を生成できることになる。
《第4実施形態》
図12に、本発明の第4実施形態としての温度補償発振器の構成を示す。尚、この温度補償発振器は、切替回路SW8の出力が、発振器の出力として使用される装置である。
図12と図3等とを比較すれば明らかなように、本実施形態に係る温度補償発振器は、上記した第1実施形態に係る温度センサーと基本的には同構成の装置である。
ただし、図12に示してあるように、温度補償発振器の切替回路SW2と第1発振回路OS1との間、切替回路SW2と第2発振回路OS2との間には、それぞれ、可変容量ダ
イオード31、可変容量ダイオード32が設けられている。また、温度補償発振器は、ローパスフィルタ14の出力を積分する積分器33を備えている。
さらに、温度補償発振器は、積分器33の出力に基づき、温度によらず所定の周波数の信号が各発振器(水晶振動子10と発振回路OS1又はOS2とが組み合わされた回路)から出力されるように、出力可変容量ダイオード31、32を制御する温度補償制御回路34を備えている。
要するに、既に説明したように、第1実施形態に係る温度センサーは、第1発振回路OS1及び第2発振回路OS2が同時に機能しない形で、水晶振動子10に関する、常に正確な温度情報(ミキサ12から出力されるビート信号中の低周波成分)を出力できるものとなっている。そして、本実施形態に係る温度補償発振器は、当該温度情報に基づき、温度補償が行われる構成を有している。従って、この第4実施形態に係る温度補償発振器は、2発振回路の干渉による悪影響を受けることなく、振動子の温度補償を良好に行えるものとなっていることになる。
《変形形態》
上記した装置(温度センサー、温度補償発振器)は、各種の変形を行うことが出来るものである。例えば、第1実施形態に係る温度センサー(図3)の切替回路SW2以降の部分を、同機能の、ADコンバータ、プロセッサ等からなる回路に置き換えることが出来る。また、各温度センサー、温度補償発振器を、水晶振動子10の代わりにセラミック振動子が用いられたものに変形することも出来る。
以上、開示した技術に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
振動子と、
前記振動子を第1振動モードで振動させるための第1発振回路と、
前記振動子を前記第1振動モードとは異なる第2振動モードで振動させるための第2発振回路と、
前記振動子を前記第1発振回路又は前記第2発振回路に接続する切替回路と、
前記振動子に前記第1発振回路と前記第2発振回路とが交互に接続されるように前記切替回路を制御する制御回路と、
前記振動子が接続されている状態にある前記第1発振回路から出力される信号と、前記振動子が接続されている状態にある前記第2発振回路から出力される信号とに基づき、それらの信号の周波数差を示す情報を生成して前記振動子に関する温度情報として出力する温度情報出力回路と、
を備えることを特徴とする温度センサー。
(付記2)
第1乃至第4のタンク回路と、
前記第1発振回路から出力される信号を前記第1のタンク回路又は前記第2のタンク回路に供給する第1切替回路と、
前記第2発振回路から出力される信号を前記第3のタンク回路又は前記第4のタンク回路に供給する第2切替回路と、
前記第1のタンク回路又は前記第2のタンク回路から出力される信号を前記温度情報出力回路に供給する第3切替回路と、
前記第3のタンク回路又は前記第4のタンク回路から出力される信号を前記温度情報出力回路に供給する第4切替回路と、
をさらに備え、
前記制御回路は、
前記振動子の接続先の前記第1発振回路への切り替え時に、前記第1発振回路から出力される信号の供給先が変更されるように前記第1切替回路を制御する第1制御処理と、当該第1制御処理により前記第1発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路から出力される信号が前記温度情報出力回路に供給されるように前記第3切替回路を制御する第3制御処理とを行い、前記振動子の接続先の前記2発振回路への切り替え時に、前記第2発振回路から出力される信号の供給先が変更されるように前記第2切替回路を制御する第2制御処理と、当該第2制御処理により前記第2発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路から出力される信号が前記温度情報出力回路に供給されるように前記第4切替回路を制御する第4制御処理とを行い、
前記温度情報出力回路は、
前記第3切替回路及び前記第4切替回路から供給される2信号を混合するミキサを含む
ことを特徴とする付記1に記載の温度センサー。
(付記3)
第1乃至第4のタンク回路と、
前記第1発振回路から出力される信号を前記第1のタンク回路又は前記第2のタンク回路に供給する第1切替回路と、
前記第2発振回路から出力される信号を前記第3のタンク回路又は前記第4のタンク回路に供給する第2切替回路と、
それぞれ、前記第1乃至前記第4のタンク回路から出力される信号が入力された、遅延量が制御可能な第1乃至第4の遅延回路と、
前記第1の遅延回路又は前記第2の遅延回路から出力される信号を前記温度情報出力回路に供給する第3切替回路と、
前記第3の遅延回路又は前記第4の遅延回路から出力される信号を前記温度情報出力回路に供給する第4切替回路と、
をさらに備え、
前記制御回路は、
前記振動子の接続先の前記第1発振回路への切り替え時に、前記第1発振回路から出力される信号の供給先が変更されるように前記第1切替回路を制御する第1制御処理と、当該第1制御処理により前記第1発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路と接続されている、前記第1及び第2の遅延回路の中の遅延回路から出力される信号と、前記第1及び第2の遅延回路の中の他方の遅延回路から出力される信号との間に位相差がなくなるように当該他方の遅延回路の遅延量を制御する第1位相調整処理と、前記第1制御処理により前記第1発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路と接続されている遅延回路から出力される信号が前記温度情報出力回路に供給されるように前記第3切替回路を制御する第3制御処理とを、この順に行い、前記振動子の接続先の前記第2発振回路への切り替え時に、前記第2発振回路から出力される信号の供給先が変更されるように前記第2切替回路を制御する第2制御処理と、当該第2制御処理により前記第1発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路と接続されている、前記第3及び第4の遅延回路の中の遅延回路から出力される信号と前記第3及び第4の遅延回路の中の他方の遅延回路から出力される信号との間に位相差がなくなるように当該他方の遅延回路の遅延量を制御する第2位相調整処理と、当該第2制御処理により前記第2発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路と接続されている遅延回路から出力される信号が前記温度情報出力回路に供給されるように前記第4切替回路を制御する第4制御処理とを、この順に行う
ことを特徴とする付記1に記載の温度センサー。
(付記4)
前記制御回路は、
前記振動子の接続先を前記第1発振回路へ切り替えた時点から第1時間が経過したときに、前記第1制御処理を行い、前記振動子の接続先を前記第2発振回路へ切り替えた時点から前記第1時間が経過したときに、前記第2制御処理を行う
ことを特徴とする付記2又は3に記載の温度センサー。
(付記5)
前記第1のタンク回路から出力される信号と前記第2のタンク回路から出力される信号との間の位相差を検出し、検出結果に応じた遅延量の制御信号を出力する第1位相比較回路と、
前記第3のタンク回路から出力される信号と前記第4のタンク回路から出力される信号との間の位相差を検出し、検出結果に応じた遅延量の制御信号を出力する第2位相比較回路と、
前記第1位相比較回路から出力される制御信号を前記第1遅延回路又は前記第2遅延回路に供給する第5切替回路と、
前記第2位相比較回路から出力される制御信号を前記第3遅延回路又は前記第4遅延回路に供給する第6切替回路と、
をさらに備え、
前記制御回路が行う前記第1位相調整処理、前記第2位相調整処理が、それぞれ、前記第5切替回路、前記第6切替回路を制御する処理である
ことを特徴とする付記3に記載の温度センサー。
(付記6)
前記第1発振回路から出力される信号が入力された第1タンク回路と、
前記第2発振回路から出力される信号が入力された第2タンク回路と、
をさらに備え、
前記温度情報出力回路が、
第1タンク回路から出力される信号と前記第2タンク回路から出力される信号とを混合してビート信号を生成するミキサを含む
ことを特徴とする付記1に記載の温度センサー。
(付記7)
前記第1発振回路から出力される信号を遅延させる遅延回路を、さらに備え、
前記温度情報出力回路が、
前記振動子が接続されている状態にある前記第2発振回路から出力される信号と、前記遅延回路により遅延された、前記振動子が接続されている状態にある前記第1発振回路から出力される信号とを混合してビート信号を生成するミキサを含む
ことを特徴とする付記1に記載の温度センサー。
(付記8)
付記1から5のいずれか一項に記載の温度センサーを含み、
前記温度情報に基づき、前記振動子の温度補償を行って、前記振動子と前記第1発振回路とを含む第1発振器又は前記振動子と前記第2発振回路を含む第2発振器が生成する周波数の信号を出力する
ことを特徴とする温度補償発振器。
(付記9)
振動子と、
前記振動子を第1振動モードで振動させるための第1発振回路と、
前記振動子を前記第1振動モードとは異なる第2振動モードで振動させるための第2発振回路と、
前記振動子を前記第1発振回路又は前記第2発振回路に接続する切替回路と、
前記振動子に前記第1発振回路と前記第2発振回路とが交互に接続されるように前記切替回路を制御する制御回路と、
第1乃至第4のタンク回路と、
前記第1発振回路から出力される信号を前記第1のタンク回路又は前記第2のタンク回路に供給する第1切替回路と、
前記第2発振回路から出力される信号を前記第3のタンク回路又は前記第4のタンク回路に供給する第2切替回路と、
それぞれ、前記第1乃至前記第4のタンク回路から出力される信号が入力された、遅延量が制御可能な第1乃至第4の遅延回路と、
供給された2信号を混合してビート信号を生成するミキサと、
前記ミキサにより生成されたビート信号から前記2信号の周波数差を示す成分を抽出して前記振動子に関する温度情報として出力するフィルタと、
前記第1の遅延回路又は前記第2の遅延回路から出力される信号を前記ミキサに供給する第3切替回路と、
前記第3の遅延回路又は前記第4の遅延回路から出力される信号を前記ミキサに供給する第4切替回路と、
前記ミキサにより生成されたビート信号に基づき、前記振動子と前記第1発振回路とを含む第1発振器と、前記振動子と前記第2発振回路とを含む第2発振器とのそれぞれに対する温度補償制御を行う温度補償制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記振動子の接続先の前記第1発振回路への切り替え時に、前記第1発振回路から出力される信号の供給先が変更されるように前記第1切替回路を制御する第1制御処理と、当該第1制御処理により前記第1発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路と接続されている、前記第1及び第2の遅延回路の中の遅延回路から出力される信号と、前記第1及び第2の遅延回路の中の他方の遅延回路から出力される信号との間に位相差がなくなるように当該他方の遅延回路の遅延量を制御する第1位相調整処理と、前記第1制御処理により前記第1発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路と接続されている遅延回路から出力される信号が前記温度情報出力回路に供給されるように前記第3切替回路を制御する第3制御処理とを、この順に行い、前記振動子の接続先の前記第2発振回路への切り替え時に、前記第2発振回路から出力される信号の供給先が変更されるように前記第2切替回路を制御する第2制御処理と、当該第2制御処理により前記第1発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路と接続されている、前記第3及び第4の遅延回路の中の遅延回路から出力される信号と前記第3及び第4の遅延回路の中の他方の遅延回路から出力される信号との間に位相差がなくなるように当該他方の遅延回路の遅延量を制御する第2位相調整処理と、当該第2制御処理により前記第2発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路と接続されている遅延回路から出力される信号が前記温度情報出力回路に供給されるように前記第4切替回路を制御する第4制御処理とを、この順に行う
ことを特徴とする温度補償発振器。
(付記10)
前記制御回路は、
前記振動子の接続先を前記第1発振回路へ切り替えた時点から第1時間が経過したときに、前記第1制御処理を行い、前記振動子の接続先を前記第2発振回路へ切り替えた時点から前記第1時間が経過したときに、前記第2制御処理を行う
ことを特徴とする付記9に記載の温度補償発振器。
(付記11)
前記第1のタンク回路から出力される信号と前記第2のタンク回路から出力される信号との間の位相差を検出し、検出結果に応じた遅延量の制御信号を出力する第1位相比較回路と、
前記第3のタンク回路から出力される信号と前記第4のタンク回路から出力される信号との間の位相差を検出し、検出結果に応じた遅延量の制御信号を出力する第2位相比較回路と、
前記第1位相比較回路から出力される制御信号を前記第1遅延回路又は前記第2遅延回路に供給する第5切替回路と、
前記第2位相比較回路から出力される制御信号を前記第3遅延回路又は前記第4遅延回路に供給する第6切替回路と、
をさらに備え、
前記制御回路が行う前記第1位相調整処理、前記第2位相調整処理が、それぞれ、前記第5切替回路、前記第6切替回路を制御する処理である
ことを特徴とする付記9又は10に記載の温度補償発振器。
10 水晶振動子
12 ミキサ
14 ローパスフィルタ
16、23 切替制御回路
21、22、TN1〜TN4 タンク回路
25、DL1〜DL4 遅延回路
33 積分器
34 温度補償制御回路
OS1 第1発振回路
OS2 第2発振回路
PC1、PC2 位相比較回路
SW1〜SW8 切替回路

Claims (6)

  1. 振動子と、
    前記振動子を第1振動モードで振動させるための第1発振回路と、
    前記振動子を前記第1振動モードとは異なる第2振動モードで振動させるための第2発振回路と、
    前記振動子を前記第1発振回路又は前記第2発振回路に接続する切替回路と、
    前記振動子に前記第1発振回路と前記第2発振回路とが交互に接続されるように前記切替回路を制御する制御回路と、
    前記振動子が接続されている状態にある前記第1発振回路から出力される信号と、前記振動子が接続されている状態にある前記第2発振回路から出力される信号とに基づき、それらの信号の周波数差を示す情報を生成して前記振動子に関する温度情報として出力する温度情報出力回路と、
    を備えることを特徴とする温度センサー。
  2. 第1乃至第4のタンク回路と、
    前記第1発振回路から出力される信号を前記第1のタンク回路又は前記第2のタンク回路に供給する第1切替回路と、
    前記第2発振回路から出力される信号を前記第3のタンク回路又は前記第4のタンク回路に供給する第2切替回路と、
    前記第1のタンク回路又は前記第2のタンク回路から出力される信号を前記温度情報出力回路に供給する第3切替回路と、
    前記第3のタンク回路又は前記第4のタンク回路から出力される信号を前記温度情報出力回路に供給する第4切替回路と、
    をさらに備え、
    前記制御回路は、
    前記振動子の接続先の前記第1発振回路への切り替え時に、前記第1発振回路から出力される信号の供給先が変更されるように前記第1切替回路を制御する第1制御処理と、当該第1制御処理により前記第1発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路から出力される信号が前記温度情報出力回路に供給されるように前記第3切替回路を制御する第3制御処理とを行い、前記振動子の接続先の前記2発振回路への切り替え時に、前記第2発振回路から出力される信号の供給先が変更されるように前記第2切替回路を制御する第2制御処理と、当該第2制御処理により前記第2発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路から出力される信号が前記温度情報出力回路に供給されるように前記第4切替回路を制御する第4制御処理とを行い、
    前記温度情報出力回路は、
    前記第3切替回路及び前記第4切替回路から供給される2信号を混合するミキサを含む
    ことを特徴とする請求項1に記載の温度センサー。
  3. 第1乃至第4のタンク回路と、
    前記第1発振回路から出力される信号を前記第1のタンク回路又は前記第2のタンク回路に供給する第1切替回路と、
    前記第2発振回路から出力される信号を前記第3のタンク回路又は前記第4のタンク回路に供給する第2切替回路と、
    それぞれ、前記第1乃至前記第4のタンク回路から出力される信号が入力された、遅延量が制御可能な第1乃至第4の遅延回路と、
    前記第1の遅延回路又は前記第2の遅延回路から出力される信号を前記温度情報出力回路に供給する第3切替回路と、
    前記第3の遅延回路又は前記第4の遅延回路から出力される信号を前記温度情報出力回路に供給する第4切替回路と、
    をさらに備え、
    前記制御回路は、
    前記振動子の接続先の前記第1発振回路への切り替え時に、前記第1発振回路から出力される信号の供給先が変更されるように前記第1切替回路を制御する第1制御処理と、当該第1制御処理により前記第1発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路と接続されている、前記第1及び第2の遅延回路の中の遅延回路から出力される信号と、前記第1及び第2の遅延回路の中の他方の遅延回路から出力される信号との間に位相差がなくなるように当該他方の遅延回路の遅延量を制御する第1位相調整処理と、前記第1制御処理により前記第1発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路と接続されている遅延回路から出力される信号が前記温度情報出力回路に供給されるように前記第3切替回路を制御する第3制御処理とを、この順に行い、前記振動子の接続先の前記第2発振回路への切り替え時に、前記第2発振回路から出力される信号の供給先が変更されるように前記第2切替回路を制御する第2制御処理と、当該第2制御処理により前記第1発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路と接続されている、前記第3及び第4の遅延回路の中の遅延回路から出力される信号と前記第3及び第4の遅延回路の中の他方の遅延回路から出力される信号との間に位相差がなくなるように当該他方の遅延回路の遅延量を制御する第2位相調整処理と、当該第2制御処理により前記第2発振回路から出力される信号の供給先となったタンク回路と接続されている遅延回路から出力される信号が前記温度情報出力回路に供給されるように前記第4切替回路を制御する第4制御処理とを、この順に行う
    ことを特徴とする請求項1に記載の温度センサー。
  4. 前記制御回路は、
    前記振動子の接続先を前記第1発振回路へ切り替えた時点から第1時間が経過したときに、前記第1制御処理を行い、前記振動子の接続先を前記第2発振回路へ切り替えた時点から前記第1時間が経過したときに、前記第2制御処理を行う
    ことを特徴とする請求項2又は3に記載の温度センサー。
  5. 前記第1のタンク回路から出力される信号と前記第2のタンク回路から出力される信号との間の位相差を検出し、検出結果に応じた遅延量の制御信号を出力する第1位相比較回路と、
    前記第3のタンク回路から出力される信号と前記第4のタンク回路から出力される信号との間の位相差を検出し、検出結果に応じた遅延量の制御信号を出力する第2位相比較回路と、
    前記第1位相比較回路から出力される制御信号を前記第1遅延回路又は前記第2遅延回路に供給する第5切替回路と、
    前記第2位相比較回路から出力される制御信号を前記第3遅延回路又は前記第4遅延回路に供給する第6切替回路と、
    をさらに備え、
    前記制御回路が行う前記第1位相調整処理、前記第2位相調整処理が、それぞれ、前記第5切替回路、前記第6切替回路を制御する処理である
    ことを特徴とする請求項3に記載の温度センサー。
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載の温度センサーを含み、
    前記温度情報に基づき、前記振動子の温度補償を行って、前記振動子と前記第1発振回路とを含む第1発振器又は前記振動子と前記第2発振回路を含む第2発振器が生成する周波数の信号を出力する
    ことを特徴とする温度補償発振器。
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