JP2023125261A - 回路装置及び発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】無駄な電流の消費を抑制して低消費電力化を実現できる回路装置等の提供。【解決手段】回路装置２０は、発振信号を生成する発振回路３０と、発振信号の発振周波数の温度補償を行う温度補償回路４０を含む。温度補償回路４０は、第１基準電流を生成する第１基準電流生成回路４１と、第２基準電流を生成する第２基準電流生成回路４２と、第１基準電流に基づいて、第１温度範囲において発振周波数の温度補償を行う第１補償回路５１と、第２基準電流に基づいて、第１温度範囲よりも高い第２温度範囲において発振周波数の温度補償を行う第２補償回路５２を含む。そして第１基準電流生成回路４１が温度の上昇に従って第１基準電流を減少させる、或いは、第２基準電流生成回路４２が温度の低下に従って前記第２基準電流を減少させる。【選択図】図１

Description

本発明は、回路装置及び発振器等に関する。

発振回路を有する回路装置では、発振周波数の温度補償が行われる。例えば特許文献１には、低温側温度補償信号を出力する低温側回路と、高温側温度補償信号を出力する高温側回路と、温度が基準温度より低い場合に低温側回路を動作させ、温度が基準温度より高い場合に高温側回路を動作させる切り替え回路と、を含む温度補償回路が開示されている。

国際公開第２０２１／００９９５６号

特許文献１の温度補償回路では、低温側回路と高温側回路の切り替え時にノイズが発生してしまい、クロック信号のノイズ特性が悪化してしまう。このため、低消費電力化とノイズ特性の悪化の防止を両立して実現することができなかった。

本開示の一態様は、発振信号を生成する発振回路と、前記発振信号の発振周波数の温度補償を行う温度補償回路と、を含み、前記温度補償回路は、第１基準電流を生成する第１基準電流生成回路と、第２基準電流を生成する第２基準電流生成回路と、前記第１基準電流に基づいて、第１温度範囲において前記発振周波数の温度補償を行う第１補償回路と、前記第２基準電流に基づいて、前記第１温度範囲よりも高い第２温度範囲において前記発振周波数の温度補償を行う第２補償回路と、を含み、前記第１基準電流生成回路が温度の上昇に従って前記第１基準電流を減少させる、或いは、前記第２基準電流生成回路が前記温度の低下に従って前記第２基準電流を減少させる回路装置に関係する。

本開示の他の態様は、振動子と、回路装置と、を含み、前記回路装置は、前記振動子を発振させて発振信号を生成する発振回路と、前記発振信号の発振周波数の温度補償を行う温度補償回路と、を含み、前記温度補償回路は、第１温度範囲において前記発振周波数の温度補償を行う第１補償回路と、前記第１温度範囲よりも高い第２温度範囲において前記発振周波数の温度補償を行う第２補償回路と、前記第１補償回路の基準電流となる第１基準電流を生成する第１基準電流生成回路と、前記第２補償回路の基準電流となる第２基準電流を生成する第２基準電流生成回路と、を含み、前記第１基準電流生成回路が温度の上昇に従って前記第１基準電流を減少させる、或いは、前記第２基準電流生成回路が前記温度の低下に従って前記第２基準電流を減少させる発振器に関係する。

本実施形態の回路装置、発振器の構成例。 本実施形態の回路装置、発振器の詳細な構成例。 本実施形態の温度補償回路の詳細な第１構成例。 温度補償回路の動作説明図。 温度補償回路の差動対回路の説明図。 差動対回路の動作説明図。 本実施形態の第１比較例の構成例。 本実施形態の第２比較例の構成例。 第２比較例の問題点の説明図。 周波数温度特性や温度範囲についての説明図。 バイポーラートランジスターの断面構造例。 バイポーラートランジスターのレイアウト配置例。 本実施形態の温度補償回路の詳細な第２構成例。 バイポーラートランジスターを用いた正の温度特性の説明図。 温度補償回路の全体構成例。 ４次成分電流生成回路の構成例。 ５次成分電流生成回路の構成例。 発振器の第１構造例。 発振器の第２構造例。

以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲の記載内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。

１．回路装置
図１に本実施形態の回路装置２０の構成例を示す。本実施形態の回路装置２０は発振回路３０と温度補償回路４０を含む。また本実施形態の発振器４は振動子１０と回路装置２０を含む。振動子１０は回路装置２０に電気的に接続されている。

振動子１０は、電気的な信号により機械的な振動を発生する素子である。振動子１０は、例えば水晶振動片などの振動片により実現できる。例えば振動子１０は、カット角がＡＴカットやＳＣカットなどの厚みすべり振動する水晶振動片、音叉型水晶振動片、又は双音叉型水晶振動片などにより実現できる。例えば振動子１０は、恒温槽を備えない温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）に内蔵されている振動子であってもよいし、恒温槽を備える恒温槽型水晶発振器（ＯＣＸＯ）に内蔵されている振動子であってもよい。なお本実施形態の振動子１０は、例えば厚みすべり振動型、音叉型又は双音叉型以外の振動片や、水晶以外の材料で形成された圧電振動片などの種々の振動片により実現することも可能である。例えば振動子１０として、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子や、シリコン基板を用いて形成されたシリコン製振動子としてのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子等を採用することも可能である。

回路装置２０は、ＩＣ（Integrated Circuit）と呼ばれる集積回路装置である。例えば回路装置２０は、半導体プロセスにより製造されるＩＣであり、半導体基板上に回路素子が形成された半導体チップである。そして回路装置２０は、発振回路３０と温度補償回路４０を含む。

発振回路３０は振動子１０を発振させる回路である。例えば発振回路３０は、振動子１０を発振させることで発振信号を生成する。発振信号は発振クロック信号である。例えば発振回路３０は、振動子１０の一端及び他端に電気的に接続される発振用の駆動回路と、キャパシターや抵抗などの受動素子により実現できる。駆動回路は、例えばＣＭＯＳのインバーター回路やバイポーラートランジスターにより実現できる。駆動回路は、発振回路３０のコア回路であり、駆動回路が、振動子１０を電圧駆動又は電流駆動することで、振動子１０を発振させる。発振回路３０としては、例えばインバーター型、ピアース型、コルピッツ型、又はハートレー型などの種々のタイプの発振回路を用いることができる。また発振回路３０は振動子１０以外の素子を用いて発振信号を生成してもよい。なお本実施形態における接続は電気的な接続である。電気的な接続は、電気信号が伝達可能に接続されていることであり、電気信号による情報の伝達が可能となる接続である。電気的な接続は受動素子等を介した接続であってもよい。

温度補償回路４０は、発振回路３０の発振周波数の温度補償を行う回路である。例えば温度補償回路４０は、不図示の温度センサーからの温度検出信号に基づいて、発振回路３０の発振周波数を温度補償する温度補償信号を出力する。温度補償は、例えば温度変動による発振周波数の変動を抑制して補償する処理である。即ち温度補償回路４０は、温度変動があった場合にも発振周波数が一定になるように、発振回路３０の発振周波数の温度補償を行う。

温度補償回路４０は、第１基準電流ＩＲＡを生成する第１基準電流生成回路４１と、第２基準電流ＩＲＢを生成する第２基準電流生成回路４２を含む。また温度補償回路４０は、第１基準電流ＩＲＡに基づいて、第１温度範囲において発振周波数の温度補償を行う第１補償回路５１と、第２基準電流ＩＲＢに基づいて、第１温度範囲よりも高い第２温度範囲において発振周波数の温度補償を行う第２補償回路５２を含む。

例えば第１補償回路５１は、第１基準電流生成回路４１からの第１基準電流ＩＲＡと、不図示の温度センサーからの温度検出信号とに基づいて、低温側の温度範囲である第１温度範囲において発振周波数の温度補償を行う。例えば第１補償回路５１は、第１基準電流ＩＲＡと温度検出信号に基づいて、第１温度補償信号を生成し、この第１温度補償信号に基づいて、発振回路３０での第１温度範囲における発振周波数の温度補償が行われる。例えば第１補償回路５１は、第１基準電流ＩＲＡと温度検出信号に基づいて、第１温度補償信号として第１電流を生成し、この第１電流を電流電圧変換した温度補償電圧に基づいて、発振周波数の温度補償が行われる。例えば発振回路３０は可変容量回路を有しており、この可変容量回路の容量が温度補償電圧に基づき制御されることで、第１温度範囲での発振周波数の温度補償が行われる。また第２補償回路５２は、第２基準電流ＩＲＢと温度検出信号に基づいて、第２温度補償信号を生成し、この第２温度補償信号に基づいて、発振回路３０での第２温度範囲における発振周波数の温度補償が行われる。例えば第２補償回路５２は、第２基準電流ＩＲＢと温度検出信号に基づいて、第２温度補償信号として第２電流を生成し、この第２電流を電流電圧変換した温度補償電圧に基づいて、発振周波数の温度補償が行われる。例えば発振回路３０の可変容量回路の容量が温度補償電圧に基づき制御されることで、第２温度範囲での発振周波数の温度補償が行われる。

そして本実施形態では、第１基準電流生成回路４１が温度の上昇に従って第１基準電流ＩＲＡを減少させる。或いは、第２基準電流生成回路４２が温度の低下に従って第２基準電流ＩＲＢを減少させる。この場合に第１基準電流生成回路４１が温度の上昇に従って第１基準電流ＩＲＡを減少させ、且つ、第２基準電流生成回路４２が温度の低下に従って第２基準電流ＩＲＢを減少させてもよい。また第１基準電流生成回路４１は、例えば温度が上昇にするにつれて第１基準電流ＩＲＡを徐々に減少させる。例えば温度が上昇するにつれて第１基準電流ＩＲＡを単調減少させる。また第２基準電流生成回路４２は、温度が低下にするにつれて第２基準電流ＩＲＢを徐々に減少させる。例えば温度が低下するにつれて第２基準電流ＩＲＢを単調減少させる。

このように第１基準電流生成回路４１が、第１温度範囲での発振周波数の温度補償に用いられる第１基準電流ＩＲＡを、温度の上昇に従って減少させれば、第１温度範囲よりも高温側の第２温度範囲の温度であるときには、第１基準電流ＩＲＡを十分に小さくすることが可能になる。従って、第２補償回路５２が発振周波数の温度補償を行う第２温度範囲において、第１基準電流ＩＲＡや第１基準電流ＩＲＡに基づく温度補償用の電流が無駄に消費されてしまうのを防止できる。また第２基準電流生成回路４２が、第２温度範囲での発振周波数の温度補償に用いられる第２基準電流ＩＲＢを、温度の低下に従って減少させれば、第２温度範囲よりも低温側の第１温度範囲の温度であるときには、第２基準電流ＩＲＢを十分に小さくすることが可能になる。従って、第１補償回路５１が発振周波数の温度補償を行う第１温度範囲において、第２基準電流ＩＲＢや第２基準電流ＩＲＢに基づく温度補償用の電流が無駄に消費されてしまうのを防止できる。これにより回路装置２０の低消費電力化を実現できる。また第１基準電流生成回路４１が温度上昇に従って第１基準電流ＩＲＡを減少させたり、第２基準電流生成回路４２が温度低下に従って第２基準電流ＩＲＢを減少させることで、第１温度範囲と第２温度範囲の境界付近の温度において、第１基準電流ＩＲＡ、第２基準電流ＩＲＢ又は当該基準電流に基づく温度補償用の電流の急激な切り替えが行われてしまうのが防止される。従って、当該切り替えに基づくノイズがクロック信号のノイズ特性を悪化させてしまうのを抑制できるようになる。

図２に本実施形態の回路装置２０、発振器４の詳細な構成例を示す。図２では、回路装置２０は、発振回路３０、温度補償回路４０、温度センサー４８、ロジック回路６０、不揮発性メモリー７０、出力回路８０、電源回路９０を含む。また発振器４は、振動子１０と回路装置２０を含む。振動子１０は回路装置２０に電気的に接続されている。例えば振動子１０及び回路装置２０を収納するパッケージの内部配線、ボンディングワイヤー又は金属バンプ等を用いて、振動子１０と回路装置２０は電気的に接続されている。なお回路装置２０、発振器４は図２の構成には限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加したり、一部の構成要素を他の構成要素に置き換えるなどの種々の変形実施が可能である。

また回路装置２０はパッドＰＶＤＤ、ＰＧＮＤ、ＰＸ１、ＰＸ２、ＰＣＫを含む。パッドは、半導体チップである回路装置２０の端子である。例えばパッド領域では、絶縁層であるパシベーション膜から金属層が露出しており、この露出した金属層により回路装置２０の端子であるパッドが構成される。パッドＰＶＤＤ、ＰＧＮＤは、各々、電源パッド、グランドパッドである。外部の電源供給デバイスからの電源電圧ＶＤＤがパッドＰＶＤＤに供給される。パッドＰＧＮＤは、グランド電圧であるＧＮＤが供給されるパッドである。ＧＮＤはＶＳＳと呼ぶこともでき、グランド電圧は例えば接地電位である。本実施形態ではグランドを、適宜、ＧＮＤと記載する。例えばＶＤＤは高電位側電源に対応し、ＧＮＤは低電位側電源に対応する。パッドＰＸ１、ＰＸ２は、振動子１０の接続用のパッドである。パッドＰＣＫはクロック信号ＣＫの出力用のパッドである。パッドＰＶＤＤ、ＰＧＮＤ、ＰＣＫは、各々、発振器４の外部接続用の外部端子である端子ＴＶＤＤ、ＴＧＮＤ、ＴＣＫに電気的に接続される。例えばこれらの各パッドと各端子は、パッケージの内部配線、ボンディングワイヤー又は金属バンプ等を用いて電気的に接続される。

発振回路３０は、パッドＰＸ１、ＰＸ２を介して振動子１０に電気的に接続される。パッドＰＸ１、ＰＸ２は、振動子接続用のパッドである。発振回路３０の発振用の駆動回路は、パッドＰＸ１とパッドＰＸ２の間に設けられる。発振回路３０は可変容量回路３２を含む。可変容量回路３２は、例えば振動子１０の一端及び他端の少なくとも一方での容量を変化させる回路であり、可変容量回路３２の容量の調整により、発振回路３０の発振周波数を調整できるようになっている。即ち可変容量回路３２がパッドＰＸ１、ＰＸ２の少なくとも一方に電気的に接続されることで、発振回路３０の負荷容量を可変に調整できるようになる。可変容量回路３２は、例えばバラクター等の可変容量素子により実現できる。例えば可変容量回路３２は少なくとも１つの可変容量素子により構成される。

温度補償回路４０は、例えば多項式近似によるアナログ方式の温度補償を行う。例えば振動子１０の周波数温度特性を補償する温度補償電圧ＶＣＰが多項式により近似される場合に、温度補償回路４０は、当該多項式の係数情報に基づいてアナログ方式の温度補償を行う。アナログ方式の温度補償は、例えばアナログ信号である電流信号や電圧信号の加算処理等により実現される温度補償である。例えば、高次の多項式により温度補償電圧ＶＣＰが近似される場合、多項式の０次係数、１次係数、高次係数が、それぞれ０次補正データ、１次補正データ、高次補正データとして、例えば不揮発性メモリー７０等により実現される記憶部に記憶される。高次係数は例えば１次より大きい高次の次数の係数であり、高次補正データは、高次係数に対応する補正データである。例えば３次多項式により温度補償電圧ＶＣＰが近似される場合には、多項式の０次係数、１次係数、２次係数、３次係数が、０次補正データ、１次補正データ、２次補正データ、３次補正データとして記憶部に記憶される。そして温度補償回路４０は、０次補正データ～３次補正データに基づいて温度補償を行う。この場合に２次補正データや２次補正データに基づく温度補償については省略してもよい。また例えば５次多項式により温度補償電圧ＶＣＰが近似される場合には、多項式の０次係数、１次係数、２次係数、３次係数、４次係数、５次係数が、０次補正データ、１次補正データ、２次補正データ、３次補正データ、４次補正データ、５次補正データとして記憶部に記憶される。そして温度補償回路４０は、０次補正データ～５次補正データに基づいて温度補償を行う。この場合に２次補正データ又は４次補正データや、２次補正データ又は４次補正データに基づく温度補償については省略してもよい。また多項式近似の次数は任意であり、例えば５次よりも大きい次数の多項式近似を行うようにしてもよい。また０次補正を温度センサー４８が行うようにしてもよい。

温度センサー４８は温度を検出するセンサーである。具体的には温度センサー４８は、環境の温度に応じて変化する温度依存電圧を、温度検出電圧ＶＴＳとして出力する。例えば温度センサー４８は、温度依存性を有する回路素子を利用して温度検出信号である温度検出電圧ＶＴＳを生成する。具体的には温度センサー４８は、例えばＰＮ接合の順方向電圧が有する温度依存性を用いることで、温度に依存して電圧が変化する温度検出電圧ＶＴＳを出力する。なお温度センサー４８としてデジタル方式の温度センサー回路を用いる変形実施も可能である。この場合には温度検出データをＤ／Ａ変換して温度検出電圧ＶＴＳを生成すればよい。

ロジック回路６０は制御回路であり、種々の制御処理を行う。例えばロジック回路６０は、回路装置２０の全体の制御を行ったり、回路装置２０の動作シーケンスの制御を行う。またロジック回路６０は、発振回路３０の制御のための各種の処理を行ったり、温度センサー４８、温度補償回路４０、温度センサー４８、出力回路８０又は電源回路９０の制御を行ったり、或いは不揮発性メモリー７０の情報の読み出しや書き込みの制御を行う。ロジック回路６０は、例えばゲートアレイ等の自動配置配線によるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）の回路により実現できる。

不揮発性メモリー７０は、電源を供給しなくても情報の記憶を保持するメモリーである。例えば不揮発性メモリー７０は、電源を供給しなくても情報を保持できると共に、情報の書き換えが可能なメモリーである。不揮発性メモリー７０は、回路装置２０の動作等に必要な種々の情報を記憶する。不揮発性メモリー７０は、ＦＡＭＯＳメモリー（Floating gate Avalanche injection MOS memory）又はＭＯＮＯＳメモリー（Metal-Oxide- Nitride-Oxide-Silicon memory）により実現されるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等により実現できる。そして不揮発性メモリー７０は、温度補償回路４０の温度補償に用いられる１次補正データや高次補正データなどの補正データを記憶する。

出力回路８０は、発振回路３０の発振信号に基づくクロック信号ＣＫを出力する。例えば出力回路８０は、発振回路３０からの発振クロック信号である発振信号をバッファリングして、クロック信号ＣＫとして、パッドＰＣＫに出力する。そして、このクロック信号ＣＫが発振器４のクロック出力の端子ＴＣＫを介して外部に出力される。例えば出力回路８０は、シングルエンドのＣＭＯＳの信号形式でクロック信号ＣＫを出力する。なお出力回路８０が、ＣＭＯＳ以外の信号形式でクロック信号ＣＫを出力するようにしてもよい。また発振回路３０の後段に、発振信号の周波数を逓倍した周波数のクロック信号ＣＫを生成するＰＬＬ回路等のクロック信号生成回路を設け、出力回路８０が、このクロック信号生成回路により生成されたクロック信号ＣＫをバッファリングして出力するようにしてもよい。

電源回路９０は、パッドＰＶＤＤからの電源電圧ＶＤＤやパッドＰＧＮＤからグランド電圧ＧＮＤが供給されて、回路装置２０の内部回路用の種々の電源電圧を内部回路に供給する。例えば電源回路９０は、電源電圧ＶＤＤをレギュレートしたレギュレート電源電圧を、発振回路３０等の回路装置２０の各回路に供給する。

そして図２では温度補償回路４０は、第１基準電流生成回路４１と、第２基準電流生成回路４２と、電流生成回路５０と、電流電圧変換回路５９を含む。第１基準電流生成回路４１は、図１で説明したように、低温側の第１温度範囲での発振周波数の温度補償のための第１基準電流ＩＲＡを生成する。第２基準電流生成回路４２は、高温側の第２温度範囲での発振周波数の温度補償のための第２基準電流ＩＲＢを生成する。電流生成回路５０は、第１基準電流生成回路４１からの第１基準電流ＩＲＡと、第２基準電流生成回路４２からの第１基準電流ＩＲＡと、温度センサー４８からの温度検出信号である温度検出電圧ＶＴＳとに基づいて、発振周波数の温度特性を補償するための関数電流を生成する。具体的には電流生成回路５０は図１で説明した第１補償回路５１と第２補償回路５２を含む。そして電流生成回路５０は、第１基準電流ＩＲＡと温度検出信号とに基づき第１補償回路５１により生成された第１電流ＩＡと、第２基準電流ＩＲＢと温度検出信号とに基づき第２補償回路５２により生成された第２電流ＩＢとに基づいて、発振周波数の温度特性を補償するための関数電流を生成する。具体的には、第１電流生成回路である第１補償回路５１は、第１基準電流ＩＲＡと、温度センサー４８からの温度検出信号である温度検出電圧ＶＴＳに基づいて、第１温度範囲での発振周波数の温度補償用の第１電流ＩＡを生成する。第２電流生成回路である第２補償回路５２は、第２基準電流ＩＲＢと、温度センサー４８からの温度検出信号である温度検出電圧ＶＴＳに基づいて、第２温度範囲での発振周波数の温度補償用の第２電流ＩＢを生成する。これにより、これらの第１電流ＩＡ、第２電流ＩＢを含む関数電流が電流電圧変換回路５９に出力される。そして電流電圧変換回路５９は、電流生成回路５０により生成された関数電流の電流電圧変換を行って、発振周波数を制御する温度補償電圧ＶＣＰを発振回路３０に出力する。例えば温度補償電圧ＶＣＰに基づいて発振回路３０の可変容量回路３２の容量が制御されることで、発振周波数が制御されて、温度が変化しても発振周波数を一定にする温度補償が実現される。

このような構成の温度補償回路４０によれば、第１基準電流ＩＲＡと温度検出信号に基づき第１補償回路５１が生成した第１電流ＩＡを含む関数電流が、電流電圧変換回路５９により電流電圧変換されることで、第１温度範囲での温度補償を行うための温度補償電圧ＶＣＰが生成されるようになる。また第２基準電流ＩＲＢと温度検出信号に基づき第２補償回路５２が生成した第２電流ＩＢを含む関数電流が、電流電圧変換回路５９により電流電圧変換されることで、第２温度範囲での温度補償を行うための温度補償電圧ＶＣＰが生成されるようになる。これにより第１温度範囲及び第２温度範囲での発振周波数の温度補償が実現されるようになる。

２．温度補償回路
図３に本実施形態の温度補償回路４０の詳細な第１構成例を示し、図４に温度補償回路４０の動作説明図を示す。図３には、第１基準電流生成回路４１、第２基準電流生成回路４２、第１補償回路５１、第２補償回路５２の具体的な回路構成例が示されている。なお本実施形態の各回路の構成は図３には限定されず、これらの一部の回路又は回路素子を省略したり、他の回路又は回路素子を追加したり、一部の回路又は回路素子を他の回路又は回路素子に置き換えるなどの種々の変形実施が可能である。

図３では第１基準電流生成回路４１は第１基準電流ＩＲＡを生成し、第２基準電流生成回路４２は第２基準電流ＩＲＢを生成する。具体的には図４に示すように、第１基準電流生成回路４１は、温度の上昇に従って電流値が減少する第１基準電流ＩＲＡを生成し、第２基準電流生成回路４２は、温度の低下に従って電流値が減少する第２基準電流ＩＲＢを生成する。そして第１補償回路５１は、第１基準電流ＩＲＡと温度検出電圧ＶＴＳとに基づいて、第１温度範囲において発振周波数の温度補償を行うための第１電流ＩＡを生成する。図３では第１電流ＩＡは電流ＩＡ１と電流ＩＡ２を加算した電流である。第２補償回路５２は、第２基準電流ＩＲＢと温度検出電圧ＶＴＳとに基づいて、第２温度範囲において発振周波数の温度補償を行うための第２電流ＩＢを生成する。図３では第２電流ＩＢは電流ＩＢ１と電流ＩＢ２を加算した電流である。

図３の温度補償回路４０の詳細を説明する前に、温度補償回路４０における問題点について説明する。

図５は温度補償回路４０で用いられる差動対回路の構成例である。この差動対回路は、差動対のトランジスターであるバイポーラートランジスターＢＰ１、ＢＰ２と、電流源ＩＳを含む。またバイポーラートランジスターＢＰ１、ＢＰ２のエミッターと電流源ＩＳとの間には抵抗も設けられている。例えば図４では、バイポーラートランジスターＢＰ１のベースには基準電圧ＶＬが入力される。これによりバイポーラートランジスターＢＰ１のコレクター・エミッター間に電流ＩＬが流れる。またバイポーラートランジスターＢＰ２のベースには温度検出電圧ＶＴＳが入力される。そしてバイポーラートランジスターＢＰ２のコレクター電流となる電流ＩＱが電流取り出し口から取り出される。

図５の差動対回路では、電流源ＩＳに流れる電流をＩＲＦとした場合に、ＩＲＦ＝ＩＬ＋ＩＱの関係が成り立つ。従って、電流ＩＱが減少すると、電流ＩＬが増加し、逆に電流ＩＱが増加すると、電流ＩＬが減少するという関係が成り立つ。そして例えば温度検出電圧ＶＴＳが、温度上昇に対して電圧が減少する負の温度特性を有する場合には、図６に示すように、温度が上昇するに従って、温度検出電圧ＶＴＳがベースに入力されるバイポーラートランジスターＢＰ２に流れる電流ＩＱが減少する。これにより、ＩＲＦ＝ＩＬ＋ＩＱの関係から、電流ＩＬは増加することになる。

そして図５の差動対回路では、電圧がＶＬ＝ＶＴＳとなるポイントで、電流がＩＱ＝ＩＬになる。従って、基準電圧ＶＬの設定により、電流ＩＱを変化させるポイントを設定でき、これにより温度補償のための関数電流の特性曲線を設定できる。そして電流ＩＱが大きくなる使用温度帯では、電流ＩＬは小さいが、使用していない温度帯では、電流ＩＱが小さくなることで、電流ＩＬが大きくなる。電流ＩＬは、電流取り出し口から取り出されずに捨てられる電流であるため、電流ＩＬが大きくなると、電力の無駄な消費になってしまう。

図７は本実施形態の第１比較例の温度補償回路１４０の構成例である。温度補償回路１４０は基準電流生成回路１４１と第１補償回路１５１と第２補償回路１５２を含む。基準電流生成回路１４１は基準電流ＩＲを生成する。第１補償回路１５１は第１温度範囲での発振周波数の温度補償を行い、第２補償回路１５２は第２温度範囲での発振周波数の温度補償を行う。第１補償回路１５１、第２補償回路１５２は、図５で説明した複数の差動対回路を含む。第１補償回路１５１の各差動対回路には、基準電流ＩＲをミラーした基準電流ＩＲＦ１、ＩＲＦ２が流れる。第２補償回路１５２の各差動対回路にも、基準電流ＩＲをミラーした基準電流ＩＲＧ１、ＩＲＧ２が流れる。そして第１補償回路１５１により、第１温度範囲での温度補償用の電流ＩＦ＝ＩＦ１＋ＩＦ２が生成され、第２補償回路１５２により、第２温度範囲での温度補償用の電流ＩＧ＝ＩＧ１＋ＩＧ２が生成される。また基準電流ＩＲが定電流であるため、第１補償回路１５１の各差動対回路に流れる基準電流ＩＲＦ１＝ＩＦ１＋ＩＬ１、基準電流ＩＲＦ２＝ＩＦ２＋ＩＬ２も電流値が一定の定電流になる。また第２補償回路１５２の各差動対回路に流れる基準電流ＩＲＧ１＝ＩＧ１＋ＩＨ１、基準電流ＩＲＧ２＝ＩＧ２＋ＩＨ２も電流値が一定の定電流になる。

そして低温側の第１温度範囲では、電流ＩＦ＝ＩＦ１＋ＩＦ２が大きくなる一方で、電流ＩＧ＝ＩＧ１＋ＩＧ２が小さくなる。そして電流ＩＧ＝ＩＧ１＋ＩＧ２が小さくなった場合に、図６のようにＩＲＧ１＝ＩＧ１＋ＩＨ１及びＩＲＧ２＝ＩＧ２＋ＩＨ２が一定の電流になるという関係が成り立つため、電流ＩＨ１、ＩＨ２が大きくなる。従って、低温側の第１温度範囲では、第２温度範囲用の第２補償回路１５２において流れる電流ＩＨ１、ＩＨ２が大きくなることで、無駄に電力が消費されてしまう。

一方、高温側の第２温度範囲では、電流ＩＧ＝ＩＧ１＋ＩＧ２が大きくなる一方で、電流ＩＦ＝ＩＦ１＋ＩＦ２が小さくなる。そして電流ＩＦ＝ＩＦ１＋ＩＦ２が小さくなった場合に、図６のようにＩＲＦ１＝ＩＦ１＋ＩＬ１及びＩＲＦ２＝ＩＦ２＋ＩＬ２が一定の電流になるという関係が成り立つため、電流ＩＬ１、ＩＬ２が大きくなる。従って、高温側の第２温度範囲では、第１温度範囲用の第１補償回路１５１において流れる電流ＩＬ１、ＩＬ２が大きくなることで、無駄に電力が消費されてしまう。このように図７の第１比較例の温度補償回路１４０では、低温側の第１温度範囲の温度では、第２温度範囲用の第２補償回路１５２において無用な電流が流れて電力が消費され、高温側の第２温度範囲の温度では、第１温度範囲用の第１補償回路１５１において無用な電流が流れて電力が消費されてしまうという問題がある。

図８は図７の第１比較例の問題点を解消する第２比較例の温度補償回路１４０の構成例である。図８では、図７の第１比較例に対して、スイッチ回路１５３、１５４が追加されている。そして第１温度範囲では、スイッチ回路１５３がオンになると共にスイッチ回路１５４がオフになる。これにより、第２補償回路１５２において無用な電流ＩＨ１、ＩＨ２が流れることによる消費電力の悪化を防止できる。一方、第２温度範囲では、スイッチ回路１５３がオフになると共にスイッチ回路１５４がオンになる。これにより、第１補償回路１５１において無用な電流ＩＬ１、ＩＬ２が流れることによる消費電力の悪化を防止できる。

しかしながら、図８の第２比較例では、図９に示すように、第１温度範囲と第２温度範囲の境界の温度付近において、スイッチ回路１５３、１５４のオン、オフの切り替えに起因するノイズが発生してしまう。このようなノイズが発生すると発振器が出力するクロック信号の位相ノイズ等のノイズ特性が悪化する。例えばスイッチ回路１５３、１５４のオン、オフをゆっくりと切り替える手法を採用しても、トランジスターのスイッチング時のゲインは大きく、ノイズ特性の悪化は避けることができない。

そこで本実施形態では図３のような構成の温度補償回路４０を採用する。図３では、図４に示すように、第１基準電流生成回路４１が、温度の上昇に従って第１基準電流ＩＲＡを減少させる。また第２基準電流生成回路４２が、温度の低下に従って第２基準電流ＩＲＢを減少させる。そして第１補償回路５１は、温度の上昇に従って減少する第１基準電流ＩＲＡに基づいて、低温側の第１温度範囲において発振周波数の温度補償を行うための第１電流ＩＡを生成する。一方、第２補償回路５２は、温度の低下に従って減少する第２基準電流ＩＲＢに基づいて、高温側の第２温度範囲において発振周波数の温度補償を行うための第２電流ＩＢを生成する。

例えば第１補償回路５１を構成する各差動対回路には、第１基準電流ＩＲＡをミラーした基準電流ＩＲＡ１、ＩＲＡ２が流れる。また図５、図６で説明したように、ＩＲＡ１＝ＩＡ１＋ＩＬ１、ＩＲＡ２＝ＩＡ２＋ＩＬ２の関係が成り立つ。従って、図４に示すように、温度の上昇に従って第１基準電流ＩＲＡが減少すると、ＩＲＡ１＝ＩＡ１＋ＩＬ１、ＩＲＡ２＝ＩＡ２＋ＩＬ２も減少する。従って、高温側の第２温度範囲では、第１補償回路５１に流れる電流であるＩＲＡ１＝ＩＡ１＋ＩＬ１、ＩＲＡ２＝ＩＡ２＋ＩＬ２が十分に小さくなる。これにより、温度が第２温度範囲であるときに、第１温度範囲用の第１補償回路５１に電流が無駄に流れるのが防止され、図７の第１比較例に比べて低消費電力化を図れるようになる。また図４に示すように、温度の低下に従って第２基準電流ＩＲＢが減少すると、ＩＲＢ１＝ＩＢ１＋ＩＨ１、ＩＲＢ２＝ＩＢ２＋ＩＨ２も減少する。従って、低温側の第１温度範囲では、第２補償回路５２に流れる電流であるＩＲＢ１＝ＩＢ１＋ＩＨ１、ＩＲＢ２＝ＩＢ２＋ＩＨ２が十分に小さくなる。これにより、温度が第１温度範囲であるときに、第２温度範囲用の第２補償回路５２に電流が無駄に流れるのが防止され、図７の第１比較例に比べて低消費電力化を図れるようになる。また第１温度範囲と第２温度範囲の境界付近において、図８の第２比較例のようなスイッチノイズが発生しないため、スイッチノイズを原因とするクロック信号のノイズ特性の悪化も抑制できる。従って本実施形態の回路装置２０によれば、低消費電力化とノイズ特性の悪化の抑制とを両立して実現できるようになる。

次に図３の温度補償回路４０の詳細な回路構成について説明する。第１補償回路５１は、バイポーラートランジスターＢＡ２、ＢＡ３、ＢＡ４や抵抗を有する差動対回路と、バイポーラートランジスターＢＡ５、ＢＡ６、ＢＡ７や抵抗を有する差動対回路を含む。バイポーラートランジスターＢＡ２、ＢＡ３は差動対を構成するトランジスターであり、バイポーラートランジスターＢＡ２のベースには、温度検出信号である温度検出電圧ＶＴＳが入力され、バイポーラートランジスターＢＡ３のベースには基準電圧ＶＬ１が入力される。バイポーラートランジスターＢＡ４は電流源を構成するトランジスターであり、第１基準電流ＩＲＡをミラーした基準電流ＩＲＡ１が流れる。同様にバイポーラートランジスターＢＡ５、ＢＡ６は差動対を構成するトランジスターであり、バイポーラートランジスターＢＡ５のベースには温度検出電圧ＶＴＳが入力され、バイポーラートランジスターＢＡ６のベースには基準電圧ＶＬ２が入力される。バイポーラートランジスターＢＡ７は電流源を構成するトランジスターであり、第１基準電流ＩＲＡをミラーした基準電流ＩＲＡ２が流れる。

第２補償回路５２は、バイポーラートランジスターＢＢ２、ＢＢ３、ＢＢ４や抵抗を有する差動対回路と、バイポーラートランジスターＢＢ５、ＢＢ６、ＢＢ７や抵抗を有する差動対回路を含む。バイポーラートランジスターＢＢ２、ＢＢ３は差動対を構成するトランジスターであり、バイポーラートランジスターＢＢ３のベースには温度検出電圧ＶＴＳが入力され、バイポーラートランジスターＢＢ２のベースには基準電圧ＶＨ１が入力される。バイポーラートランジスターＢＢ４は電流源を構成するトランジスターであり、第２基準電流ＩＲＢをミラーした基準電流ＩＲＢ１が流れる。同様にバイポーラートランジスターＢＢ５、ＢＢ６は差動対を構成するトランジスターであり、バイポーラートランジスターＢＢ６のベースには温度検出電圧ＶＴＳが入力され、バイポーラートランジスターＢＢ５のベースには基準電圧ＶＨ２が入力される。バイポーラートランジスターＢＢ７は電流源を構成するトランジスターであり、第２基準電流ＩＲＢをミラーした基準電流ＩＲＢ２が流れる。

なお第１補償回路５１に用いられる温度検出電圧ＶＴＳと、第２補償回路５２に用いられる温度検出電圧ＶＴＳは、例えば負の温度特性等の同じ極性の温度特性を有していればよく、電圧レベル等が異なっていてもよい。

ここで、温度検出信号である温度検出電圧ＶＴＳは例えば負の温度特性を有しており、温度が上昇するに従って電圧が減少する。また基準電圧ＶＬ１、ＶＬ２は、低温側の第１温度範囲において、温度補償用の関数電流の特性が変化するポイント等を設定するための電圧である。また基準電圧ＶＨ１、ＶＨ２は、高温側の第２温度範囲において、温度補償用の関数電流の特性が変化するポイント等を設定するための電圧である。

このような構成の温度補償回路４０によれば、低温側の第１温度範囲では、第１補償回路５１が、温度上昇に従って減少する第１基準電流ＩＲＡを用いて、図４に示すような特性の第１電流ＩＡ＝ＩＡ１＋ＩＡ２を、関数電流として生成できるようになる。そして図２に示す後段の電流電圧変換回路５９が、この関数電流の電流電圧変換を行って、温度補償電圧ＶＣＰを発振回路３０に出力し、例えば温度補償電圧ＶＣＰにより可変容量回路３２の容量が制御されることで、第１温度範囲での発振周波数の温度補償を実現できるようになる。一方、高温側の第２温度範囲では、第２補償回路５２が、温度低下に従って減少する第２基準電流ＩＲＢを用いて、図４に示すような特性の第２電流ＩＢ＝ＩＢ１＋ＩＢ２を、関数電流として生成できるようになる。そして電流電圧変換回路５９が、この関数電流の電流電圧変換を行って、温度補償電圧ＶＣＰを発振回路３０に出力し、例えば温度補償電圧ＶＣＰにより可変容量回路３２の容量が制御されることで、第２温度範囲での発振周波数の温度補償を実現できるようになる。

以上のように図３の第１補償回路５１は、一方のトランジスターに流れる電流が温度検出信号により制御される第１差動対トランジスターと、第１基準電流ＩＲＡをミラーした基準電流を第１差動対トランジスターに流す第１電流源ランジスターとを有する第１差動対回路を含む。また第２補償回路５２は、一方のトランジスターに流れる電流が温度検出信号により制御される第２差動対トランジスターと、第２基準電流ＩＲＢをミラーした基準電流を第２差動対トランジスターに流す第２電流源トランジスターとを有する第２差動対回路を含む。

ここで第１差動対回路は、バイポーラートランジスターＢＡ２、ＢＡ３、ＢＡ４により構成される差動対回路や、バイポーラートランジスターＢＡ５、ＢＡ６、ＢＡ７により構成される差動対回路である。第１差動対回路の第１差動対トランジスターは、バイポーラートランジスターＢＡ２、ＢＡ３や、バイポーラートランジスターＢＡ５、ＢＡ６である。例えば第１差動対トランジスターの一方のトランジスターであるバイポーラートランジスターＢＡ２やバイポーラートランジスターＢＡ５は、温度検出信号である温度検出電圧ＶＴＳに基づいて電流が制御される。また第１電流源トランジスターは、バイポーラートランジスターＢＡ４やバイポーラートランジスターＢＡ７である。例えばバイポーラートランジスターＢＡ４は、差動対トランジスターであるバイポーラートランジスターＢＡ２、ＢＡ３に、第１基準電流ＩＲＡをミラーした基準電流ＩＲＡ１を流す電流源トランジスターである。バイポーラートランジスターＢＡ７は、差動対トランジスターであるバイポーラートランジスターＢＡ５、ＢＡ６に、第１基準電流ＩＲＡをミラーした基準電流ＩＲＡ２を流す電流源トランジスターである。

また第２差動対回路は、バイポーラートランジスターＢＢ２、ＢＢ３、ＢＢ４により構成される差動対回路や、バイポーラートランジスターＢＢ５、ＢＢ６、ＢＢ７により構成される差動対回路である。第２差動対回路の第２差動対トランジスターは、バイポーラートランジスターＢＢ２、ＢＢ３や、バイポーラートランジスターＢＢ５、ＢＢ６である。例えば第２差動対トランジスターの一方のトランジスターであるバイポーラートランジスターＢＢ３やバイポーラートランジスターＢＢ６は、温度検出信号である温度検出電圧ＶＴＳに基づいて電流が制御される。また第２電流源トランジスターは、バイポーラートランジスターＢＢ４やバイポーラートランジスターＢＢ７である。例えばバイポーラートランジスターＢＢ４は、差動対トランジスターであるバイポーラートランジスターＢＢ２、ＢＢ３に、第２基準電流ＩＲＢをミラーした基準電流ＩＲＢ１を流す電流源トランジスターである。バイポーラートランジスターＢＢ７は、差動対トランジスターであるバイポーラートランジスターＢＢ５、ＢＢ６に、第２基準電流ＩＲＢをミラーした基準電流ＩＲＢ２を流す電流源トランジスターである。

このような構成にすることで、第１補償回路５１の第１差動対トランジスターに第１基準電流ＩＲＡをミラーした基準電流を流しながら、第１差動対トランジスターの一方のトランジスターに流れる電流を温度検出信号に基づいて制御することで、第１温度範囲での温度補償のための第１電流ＩＡを生成できるようになる。また第２補償回路５２の第２差動対トランジスターに第２基準電流ＩＲＢをミラーした基準電流を流しながら、第２差動対トランジスターの一方のトランジスターに流れる電流を温度検出信号に基づいて制御することで、第２温度範囲での温度補償のための第２電流ＩＢを生成できるようになる。

また第１基準電流生成回路４１は、ｎｐｎ型の第１バイポーラートランジスターＢＡ１と、第１抵抗ＲＡを含む。第１バイポーラートランジスターＢＡ１は、コレクターとベースが接続され、エミッターが低電位側電源ノードに接続される。低電位側電源ノードは例えばＧＮＤノードである。第１抵抗ＲＡは、高電位側電源ノードと第１バイポーラートランジスターＢＡ１との間に設けられ、高電位側電源ノード側の一端が負の温度特性の電圧に設定される。高電位側電源ノードは例えばＶＤＤノードである。第１抵抗ＲＡのＶＤＤノード側の一端は、図３のノードＮ１であり、このノードＮ１が、負の温度特性の電圧に設定される。またｎｐｎ型の第１バイポーラートランジスターＢＡ１は、コレクターとベースが接続されることでダイオード接続のバイポーラートランジスターとなり、コレクターのノードＮ２の電圧は、第１バイポーラートランジスターＢＡ１のベース・エミッター間電圧であるＶＢＥに設定される。このように第１抵抗ＲＡの一端のノードＮ１が負の温度特性の電圧に設定され、他端のノードＮ２が電圧ＶＢＥに設定されることで、第１抵抗ＲＡに負の温度特性の第１基準電流ＩＲＡを流すことが可能になる。これにより第１基準電流生成回路４１は、温度上昇に従って減少する第１基準電流ＩＲＡを生成できるようになる。

また第１基準電流生成回路４１は、第１演算増幅器ＯＰＡとＰ型の第１トランジスターＴＡを含む。これらの第１演算増幅器ＯＰＡと第１トランジスターＴＡとにより第１可変抵抗回路４６が構成される。そして第１演算増幅器ＯＰＡは、負の温度特性の温度検出電圧ＶＴＳが非反転入力端子に入力される。第１トランジスターＴＡは、高電位側電源ノードであるＶＤＤノードと第１抵抗ＲＡとの間に設けられ、ゲートに第１演算増幅器ＯＰＡの出力が入力され、ドレインが第１演算増幅器ＯＰＡの反転入力端子及び第１抵抗ＲＡの一端に接続される。このような構成によれば、第１トランジスターＴＡのドレインのノードＮ１を、第１演算増幅器ＯＰＡの仮想接地により、負の温度特性の温度検出電圧ＶＴＳに設定できるようになる。例えば温度変化により温度検出電圧ＶＴＳが変化すると、第１演算増幅器ＯＰＡにより第１トランジスターＴＡのゲートが制御されることで、第１トランジスターＴＡのオン抵抗が変化して、第１トランジスターＴＡのドレインのノードＮ１が温度検出電圧ＶＴＳに設定されるようになる。このように第１抵抗ＲＡの一端のノードＮ１が、負の温度特性の温度検出電圧ＶＴＳに設定されることで、第１基準電流生成回路４１は、負の温度特性の第１基準電流ＩＲＡを生成できるようになる。

また第２基準電流生成回路４２は、ｎｐｎ型の第２バイポーラートランジスターＢＢ１と、第２抵抗ＲＢを含む。第２バイポーラートランジスターＢＢ１は、コレクターとベースが接続され、エミッターが低電位側電源ノードであるＧＮＤノードに接続される。第２抵抗ＲＢは、高電位側電源ノードであるＶＤＤノードと第２バイポーラートランジスターＢＢ１との間に設けられ、ＶＤＤノード側の一端が正の温度特性の電圧に設定される。第２抵抗ＲＢのＶＤＤノード側の一端は、図３のノードＮ３であり、このノードＮ３が、正の温度特性の電圧に設定される。またｎｐｎ型の第２バイポーラートランジスターＢＢ１は、コレクターとベースが接続されることでダイオード接続のバイポーラートランジスターとなり、コレクターのノードＮ４の電圧は、第２バイポーラートランジスターＢＢ１のベース・エミッター間電圧であるＶＢＥに設定される。このように第２抵抗ＲＢの一端のノードＮ３が正の温度特性の電圧に設定され、他端のノードＮ４が電圧ＶＢＥに設定されることで、第２抵抗ＲＢに正の温度特性の第２基準電流ＩＲＢを流すことが可能になる。これにより第２基準電流生成回路４２は、温度低下に従って減少する第２基準電流ＩＲＢを生成できるようになる。

また第２基準電流生成回路４２は、第２演算増幅器ＯＰＢとＰ型の第２トランジスターＴＢを含む。これらの第２演算増幅器ＯＰＢと第２トランジスターＴＢとにより第２可変抵抗回路４７が構成される。そして第２演算増幅器ＯＰＢは、正の温度特性の温度検出電圧ＶＴＳ２が非反転入力端子に入力される。第２トランジスターＴＢは、高電位側電源ノードであるＶＤＤノードと第２抵抗ＲＢとの間に設けられ、ゲートに第２演算増幅器ＯＰＢの出力が入力され、ドレインが第２演算増幅器ＯＰＢの反転入力端子及び第２抵抗ＲＢの一端に接続される。このような構成によれば、第２トランジスターＴＢのドレインのノードＮ３を、第２演算増幅器ＯＰＢの仮想接地により、正の温度特性の温度検出電圧ＶＴＳ２に設定できるようになる。例えば温度変化により温度検出電圧ＶＴＳ２が変化すると、第２演算増幅器ＯＰＢにより第２トランジスターＴＢのゲートが制御されることで、第２トランジスターＴＢのオン抵抗が変化して、第２トランジスターＴＢのドレインのノードＮ４が温度検出電圧ＶＴＳ２に設定されるようになる。このように第２抵抗ＲＢの一端のノードＮ３が、正の温度特性の温度検出電圧ＶＴＳ２に設定されることで、第２基準電流生成回路４２は、正の温度特性の第２基準電流ＩＲＢを生成できるようになる。

以上のように図３では、振動子１０を発振させる回路装置２０の温度補償回路４０において、温度補償用の関数電流を生成する第１補償回路５１、第２補償回路５２の基準電流源を、低温側の第１基準電流生成回路４１と高温側の第２基準電流生成回路４２とに分ける。そして低温側の基準電流源である第１基準電流生成回路４１に、ＭＯＳの第１トランジスターＴＡを設け、この第１トランジスターＴＡを、負の温度特性の温度検出電圧ＶＴＳが入力される第１演算増幅器ＯＰＡにより制御する。一方、高温側の基準電流源である第２基準電流生成回路４２に、ＭＯＳの第２トランジスターＴＢを設け、この第２トランジスターＴＢを、正の温度特性の温度検出電圧ＶＴＳ２が入力される第２演算増幅器ＯＰＢにより制御する。これにより回路面積の増加やノイズの増加を抑制しながら、消費電流を削減できるようになる。

なお温度補償回路４０の構成は図３に限定されず、例えば第１補償回路５１、第２補償回路５２、第１基準電流生成回路４１、第２基準電流生成回路４２のバイポーラートランジスターを、ＭＯＳトランジスターに置き換えるなどの種々の変形実施が可能である。この場合に電流源に用いられるダイオード接続のトランジスターは、ＭＯＳのトランジスターのドレインとゲートを接続することで実現できる。また本実施形態では、第１温度範囲と第２温度範囲というように２つの温度範囲が設定される場合を例にとり説明したが、３つ以上の温度範囲を設定して、３つ以上の各温度範囲毎に基準電流生成回路を設けてもよい。

図１０は周波数温度特性や温度範囲についての説明図である。図１０の温度特性は、温度補償が行われなかった場合の発振周波数の温度特性であり、例えばＡＴカットの振動子１０の温度特性に対応する。そして図２では発振回路３０の可変容量回路３２は、周波数制御電圧である温度補償電圧ＶＣＰに対する容量の変化特性が正特性になっている。これにより、温度補償電圧ＶＣＰに対する発振回路３０の発振周波数の変化特性は負特性になるため、温度補償電圧ＶＣＰや温度補償電圧ＶＣＰの生成に用いられる関数電流の温度特性も、図１０と同様の温度特性になる。

図１０において、ＴＴはティピカルの温度であり、例えば２５℃である。この温度ＴＴは、図１０の３次関数の温度特性のＡ１に示す変曲点の温度に対応する。ＴＬは、製品仕様における動作温度の最低温度であり、例えば－４０℃である。ＴＨは、製品仕様における動作温度の最高温度であり、例えば１１０℃である。そして図１０では、温度ＴＬ～ＴＴの範囲が第１温度範囲ＲＴ１となっており、温度ＴＴ～ＴＨの範囲が第２温度範囲ＲＴ２となっている。例えば第１補償回路５１により第１温度範囲ＲＴ１での温度補償が行われ、第２補償回路５２により第２温度範囲ＲＴ２での温度補償が行われる。

そして図１０に示すように、低温側の第１温度範囲ＲＴ１に比べて高温側の第２温度範囲ＲＴ２の方が範囲が広い。従って、高温側の第２温度範囲ＲＴ２では、低温側の第１温度範囲ＲＴ１に比べて、広い範囲で関数電流を調整する必要がある。このため図７の比較例のように１つの基準電流生成回路１４１からの基準電流ＩＲに基づいて、関数電流の調整を行う場合には、低温側の第１補償回路１５１に比べて、高温側の第２補償回路１５２での電流調整量を大きくする必要があり、回路面積が増加してしまうという問題が発生する。即ち、図７において、各補償回路での基準電流は、基準電流生成回路１４１の電流源のバイポーラートランジスターと、第１補償回路１５１、第２補償回路１５２の電流源のバイポーラートランジスターのサイズ比により設定される。例えば後述の図１２で説明するように、基準電流生成回路１４１の電流源のバイポーラートランジスターをユニットトランジスターとした場合に、第１補償回路１５１、第２補償回路１５２の各補償回路の電流源は、このユニットトランジスターを１又は複数個、配置することで実現される。従って、温度範囲が広く電流調整量が大きい高温側の第２補償回路１５２では、配置されるユニットトランジスターの個数を多くなってしまい、これが原因で回路面積が増加してしまう。

この点、本実施形態の温度補償回路４０では、図７の比較例とは異なり、低温側の第１基準電流生成回路４１と高温側の第２基準電流生成回路４２を別個に設けている。これにより、電流源のバイポーラートランジスターのユニットトランジスターと、ＲＡ、ＲＢの抵抗値で設定される最小電流単位を、低温側と高温側で別個に設定できるようになる。従って、図７の比較例のようにユニットトランジスターの配置数が多くなることによる配置面積の増加を防止でき、回路面積の縮小化を実現できる。

具体的には本実施形態では図３において、高温側の第２基準電流生成回路４２の第２抵抗ＲＢの抵抗値を、低温側の第１基準電流生成回路４１の第１抵抗ＲＡの抵抗値よりも小さくしている。例えばＩＲＡ、ＩＲＢの基準電流は、ＲＡ、ＲＢの抵抗値が小さいほど、大きくなる。従って、ＲＢの抵抗値をＲＡに比べて小さくすることで、同じ電流源のユニットトランジスターを使用した場合にも、第１基準電流ＩＲＡに比べて第２基準電流ＩＲＢを大きな電流値に設定できる。そして第２基準電流ＩＲＢを大きな電流値に設定することで、図１０に示すような広い第２温度範囲ＲＴ２での関数電流の調整を、ユニットトランジスターの配置数による回路面積の増加を抑制しながら、実現できるようになる。

また図１０では、第２温度範囲ＲＴ２の上限における第２基準電流ＩＲＢは、第１温度範囲ＲＴ１の下限における第１基準電流ＩＲＡよりも大きくなっている。第１温度範囲ＲＴ１の下限における第１基準電流ＩＲＡは、図１０のＡ２に示すポイントでの電流である。第２温度範囲ＲＴ２の上限における第２基準電流ＩＲＢは、図１０のＡ３に示すポイントでの電流である。このようにすれば、低温側の第１温度範囲ＲＴ１に比べて、ティピカルの温度のＡ１のポイントを基準として範囲が広い高温側の第２温度範囲ＲＴ２での関数電流の調整が、第２補償回路５２により行われるようになる。そして、この場合にも本実施形態では、低温側の第１基準電流生成回路４１と高温側の第２基準電流生成回路４２とが別個に設けられるため、回路面積の増加を抑制しながら、第１温度範囲ＲＴ１、第２温度範囲ＲＴ２での適切な電流調整を実現できるようになる。

図１１に本実施形態の温度補償回路４０に用いられるバイポーラートランジスターの断面構造の例を示す。図１１のバイポーラートランジスターは、ｎｐｎ型のバイポーラートランジスターであり、半導体の基板に直交する平面視において、中央に位置するＮ＋の拡散領域によりエミッターの領域が形成され、エミッターの領域を囲むように、Ｐ＋の拡散領域によるベースの領域が形成されている。そしてベースの領域を囲むように、Ｎ＋の拡散領域によるコレクターの領域が形成されている。図１２は、図３の電流源を構成するＢＡ１、ＢＡ４、ＢＡ７のバイポーラートランジスターのレイアウト配置を模式的に示す図である。例えば第１基準電流生成回路４１の電流源の第１バイポーラートランジスターＢＡ１は、ユニットトランジスターにより構成され、第１補償回路５１のバイポーラートランジスターＢＡ４は、２個のユニットトランジスターに対応するトランジスターにより構成され、バイポーラートランジスターＢＡ７は１個のユニットトランジスターにより構成される。このようにすることで、第１基準電流ＩＲＡをミラーした基準電流ＩＲＡ１、ＩＲＡ２を生成できるようになる。

図１３に本実施形態の温度補償回路４０の詳細な第２構成例を示す。図１３では、図３の第１構成例と比べて、第２基準電流生成回路４２の構成が異なっている。

具体的には図１３の第２基準電流生成回路４２は、ｎｐｎ型の第２バイポーラートランジスターＢＣ２と、ｎｐｎ型の第３バイポーラートランジスターＢＣ３と、第２抵抗ＲＢを含む。第２バイポーラートランジスターＢＣ２は、コレクターとベースが接続され、エミッターが低電位側電源ノードであるＧＮＤノードに接続される。第３バイポーラートランジスターＢＣ３は、コレクターとベースが接続され、エミッターが第２バイポーラートランジスターＢＣ２のコレクターに接続される。第２抵抗ＲＢは、高電位側電源ノードであるＶＤＤノードと第３バイポーラートランジスターＢＣ３との間に設けられる。例えば第２抵抗ＲＢは、第３バイポーラートランジスターＢＣ３のコレクターノードであるノードＮ３に一端が接続され、ＶＤＤノードに他端が接続される。

このようにｎｐｎ型の第２バイポーラートランジスターＢＣ２は、コレクターとベースが接続されることでダイオード接続のバイポーラートランジスターとなり、コレクターのノードＮ４の電圧は、第２バイポーラートランジスターＢＣ２のベース・エミッター間電圧であるＶＢＥに設定される。またｎｐｎ型の第３バイポーラートランジスターＢＣ３は、コレクターとベースが接続されることでダイオード接続のバイポーラートランジスターとなり、コレクターのノードＮ３の電圧は、第２バイポーラートランジスターＢＣ２のベース・エミッター間電圧と、第３バイポーラートランジスターＢＣ３のベース・エミッター間電圧を加算した電圧に対応する２×ＶＢＥに設定される。ここで電圧ＶＢＥはダイオードの順方向電圧に対応するため、負の温度特性を有する。これにより、ノードＮ３は負の温度特性の電圧に設定される。従って、一端がノードＮ３に接続され、他端がＶＤＤノードに接続される第２抵抗ＲＢは、温度が上昇するにつれて両端の電圧差が大きくなるため、正の温度特性の第２基準電流ＩＲＢが流れるようになる。従って、第２基準電流生成回路４２は、温度低下に従って電流が減少する正の温度特性の第２基準電流ＩＲＢを生成できるようになる。例えば図１４に、バイポーラートランジスターを１段構成とした場合と、図１３のようにバイポーラートランジスターを２段構成とした場合の、第２基準電流ＩＲＢの温度特性を示す。バイポーラートランジスターを２段構成とすることで、１段構成の場合に比べて傾きが大きい正の温度特性の第２基準電流ＩＲＢを生成できるようになる。なお図１３ではバイポーラートランジスターの段数を２段にした場合の構成例が示されているが、バイポーラートランジスターの段数を３段以上にしてもよい。

このように図１３の構成の温度補償回路４０によれば、図３の構成の温度補償回路４０に比べて、基準電流源のバイポーラートランジスターの段数を増やすことで、正の温度特性の適正な第２基準電流ＩＲＢを生成できるようになる。そして図３で設けられていた第２演算増幅器ＯＰＢや第２トランジスターＴＢを不要にできるため、回路面積の増加を抑制しながら、正の温度特性の適正な第２基準電流ＩＲＢを生成できるという利点がある。

図１５に温度補償回路４０の全体構成例を示す。図１５に示すように温度補償回路４０は、電流生成回路５０と電流電圧変換回路５９を含む。電流生成回路５０は、第１基準電流ＩＲＡと温度検出電圧ＶＴＳとに基づき第１補償回路５１により生成された第１電流ＩＡと、第２基準電流ＩＲＢと温度検出電圧ＶＴＳとに基づき第２補償回路５２により生成された第２電流ＩＢとに基づいて、関数電流を生成する。即ち第１電流ＩＡと第２電流ＩＢを含む関数電流を生成する。そして電流電圧変換回路５９は、第１電流ＩＡと第２電流ＩＢを含む関数電流の電流電圧変換を行って、温度補償電圧ＶＣＰを発振回路３０に出力する。具体的には電流電圧変換回路４９は、演算増幅器ＯＰＤ１と帰還用回路素子を含む。演算増幅器ＯＰＤ１は、基準電圧ＶＲＣが非反転入力端子に入力され、電流生成回路５０の出力が反転入力端子に入力される。また帰還用回路素子として、演算増幅器ＯＰＤ１の出力端子と反転入力端子との間に、抵抗ＲＤとキャパシターＣＤが並列に設けられている。

そして図１５に示すように、温度補償回路４０には、第１基準電流生成回路４１、第２基準電流生成回路４２に加えて、第３基準電流ＩＲＭを生成する第３基準電流生成回路４３が設けられている。また電流生成回路５０は、第１補償回路５１と第２補償回路５２を有するｋ次成分電流生成回路５３と、ｍ次成分電流生成回路５４を含む。ここでｋ、ｍは、ｋ＞ｍの関係が成り立つ１以上の整数である。ｋ次成分電流生成回路５３は、第１基準電流ＩＲＡに基づき生成された第１電流ＩＡと、第２基準電流ＩＲＢに基づき生成された第２電流ＩＢを、関数電流のｋ次成分電流として生成する。例えばＩＡ＋ＩＢが関数電流のｋ次成分電流になる。またｍ次成分電流生成回路５４は、第３基準電流生成回路４３により生成された第３基準電流ＩＲＭに基づいて、関数電流のｍ次成分電流であるＩＭを生成する。そして電流電圧変換回路５９は、これらのｋ次成分電流であるＩＡ＋ＩＢと、ｍ次成分電流であるＩＭを含む関数電流の電流電圧変換を行って、温度補償電圧ＶＣＰを生成する。このようにすれば、関数電流のｋ次成分電流については、第１温度範囲では第１基準電流ＩＲＡに基づき生成し、第２温度範囲では第２基準電流ＩＲＢに基づき生成することで、低消費電力化を実現できるようになる。一方、ｍ次成分電流については、温度範囲毎に生成するのではなく、例えば全ての温度範囲において第３基準電流ＩＲＭに基づき生成することで、温度補償回路４０の全体としての低消費電力化を実現できるようになる。

具体的にはｋ次成分電流は、ｍ次成分電流よりも低次成分の電流である。例えばｋ次成分電流は、関数電流の３次成分電流であり、ｍ次成分電流は、関数電流の４次成分電流や５次成分電流である。例えば本実施形態では、低次成分であるｋ次成分の電流については、第１温度範囲では、温度の上昇に従って減少する第１基準電流ＩＲＡに基づき生成し、第２温度範囲では、温度の低下に従って減少する第２基準電流ＩＲＢに基づき生成する。これにより第１温度範囲と第２温度範囲の一方の温度範囲の温度であるときに、他方の温度範囲での電流が無駄に消費されてしまうのを抑制できるようになり、低消費電力化を実現できる。一方、高次成分電流であるｍ次成分電流については、各温度範囲毎に基準電流を生成すると、例えば基準電流の生成に使用される演算増幅器等での電力消費が原因となって、温度補償回路４０の全体での電力消費を低減できない可能性がある。この点、図１５に示すように、高次成分電流であるｍ次成分電流については、全ての温度範囲において第３基準電流ＩＲＭに基づき生成することで、温度補償回路４０の全体での電力消費を低減することが可能になる。

具体的には、電流生成回路５０には、ｋ次成分電流生成回路５３として、３次成分電流生成回路が設けられ、ｍ次成分電流生成回路５４として、４次成分電流生成回路と５次成分電流生成回路が設けられる。また電流生成回路５０には、不図示の１次成分電流生成回路も設けられる。これらの１次成分電流生成回路、３次成分電流生成回路、４次成分電流生成回路、５次成分電流回路は、１次補正回路、３次補正回路、４次補正回路、５次補正回路と言うこともできる。なお０次補正回路は例えば温度センサー４８により実現される。

例えば図１６に、ｍ次成分電流生成回路５４の１つである、４次成分電流生成回路の構成例を示す。この４次成分電流生成回路では、４次成分用の第３基準電流生成回路４３により生成された第３基準電流ＩＲＭをミラーした基準電流と温度検出電圧ＶＴＳに基づいて、第１温度範囲では第３補償回路５５が４次成分電流Ｉ４Ｌを生成し、第２温度範囲では第４補償回路５６が４次成分電流Ｉ４Ｈを生成する。このように図１６の４次成分電流生成回路では、図３、図１３で説明した３次成分電流生成回路とは異なり、第１温度範囲と第２温度範囲において、共通の第３基準電流生成回路４３により生成された第３基準電流ＩＲＭに基づいて、関数電流の４次成分電流Ｉ４Ｌ、Ｉ４Ｈを生成している。このようにすれば、３次成分電流生成回路に設けられる演算増幅器等を設けなくて済むため、低消費電力化を実現できる。即ち４次成分電流は、３次成分電流の１／４以下程度であるため、温度範囲毎に基準電流生成回路を設けることによる低消費電力化よりも、演算増幅器等を設けないことによる低消費電力化の方が、効果が高い。

また図１７に、ｍ次成分電流生成回路５４の１つである、５次成分電流生成回路の構成例を示す。この５次成分電流生成回路では、５次成分用の第３基準電流生成回路４４により生成された第３基準電流ＩＲＭをミラーした基準電流と温度検出電圧ＶＴＳに基づいて、第１温度範囲では第５補償回路５７が５次成分電流Ｉ５Ｌを生成し、第２温度範囲では第６補償回路５８が５次成分電流Ｉ５Ｈを生成する。このように図１７の５次成分電流生成回路では、図３、図１３で説明した３次成分電流生成回路とは異なり、第１温度範囲と第２温度範囲において、共通の第３基準電流生成回路４４により生成された第３基準電流ＩＲＭに基づいて、関数電流の５次成分電流Ｉ５Ｌ、Ｉ５Ｈを生成している。このようにすれば、３次成分電流生成回路に設けられる演算増幅器等を設けなくて済むため、低消費電力化を実現できる。即ち５次成分電流は、３次成分電流の１／１０以下程度であるため、温度範囲毎に基準電流生成回路を設けることによる低消費電力化よりも、演算増幅器等を設けないことによる低消費電力化の方が、効果が高い。

３．発振器
図１８に本実施形態の発振器４の第１構造例を示す。発振器４は、振動子１０と、回路装置２０と、振動子１０及び回路装置２０を収容するパッケージ１５を有する。パッケージ１５は、例えばセラミック等により形成され、その内側に収容空間を有しており、この収容空間に振動子１０及び回路装置２０が収容されている。収容空間は気密封止されており、望ましくは真空に近い状態である減圧状態になっている。パッケージ１５により、振動子１０及び回路装置２０を衝撃、埃、熱、湿気等から好適に保護することができる。

パッケージ１５はベース１６とリッド１７を有する。具体的にはパッケージ１５は、振動子１０及び回路装置２０を支持するベース１６と、ベース１６との間に収容空間を形成するようにベース１６の上面に接合されたリッド１７とにより構成されている。そして振動子１０は、ベース１６の内側に設けられた段差部に端子電極を介して支持されている。また回路装置２０は、ベース１６の内側底面に配置されている。具体的には回路装置２０は、能動面がベース１６の内側底面に向くように配置されている。能動面は回路装置２０の回路素子が形成される面である。また回路装置２０の端子にバンプＢＭＰが形成されている。そして回路装置２０は、導電性のバンプＢＭＰを介してベース１６の内側底面に支持される。導電性のバンプＢＭＰは例えば金属バンプであり、このバンプＢＭＰやパッケージ１５の内部配線や端子電極などを介して、振動子１０と回路装置２０が電気的に接続される。また回路装置２０は、バンプＢＭＰやパッケージ１５の内部配線を介して、発振器４の外部端子１８、１９に電気的に接続される。外部端子１８、１９は、パッケージ１５の外側底面に形成されている。外部端子１８、１９は、外部配線を介して外部デバイスに接続される。外部配線は、例えば外部デバイスが実装される回路基板に形成される配線などである。これにより外部デバイスに対してクロック信号などを出力できるようになる。

なお図１８では、回路装置２０の能動面が下方に向くように回路装置２０がフリップ実装されているが、本実施形態はこのような実装には限定されない。例えば回路装置２０の能動面が上方に向くように回路装置２０を実装してもよい。即ち能動面が振動子１０に対向するように回路装置２０を実装する。

図１９に発振器４の第２構造例を示す。発振器４は、振動子１０と、回路装置２０と、振動子１０及び回路装置２０を収容するパッケージ１５を有し、パッケージ１５は、ベース１６とリッド１７を有する。ベース１６は、中間基板である第１基板６と、第１基板６の上面側に積層された略矩形フレーム形状の第２基板７と、第１基板６の底面側に積層された略矩形フレーム形状の第３基板８を有する。そして、第２基板７の上面にはリッド１７が接合され、第１基板６と第２基板７とリッド１７とにより形成された収容空間Ｓ１に、振動子１０が収容されている。例えば収容空間Ｓ１に振動子１０が気密封止されており、望ましくは真空に近い状態である減圧状態になっている。これにより、振動子１０を衝撃、埃、熱、湿気等から好適に保護することができる。また第１基板と第３基板８とにより形成された収容空間Ｓ２に、半導体チップである回路装置２０が収容されている。また第３基板８の底面には、発振器４の外部接続用の電極端子である外部端子１８、１９が形成されている。

また収容空間Ｓ１においては、振動子１０が、導電性の接続部ＣＤＣ１、ＣＤＣ２により、第１基板６の上面に形成された不図示の第１電極端子、第２電極端子に接続される。導電性の接続部ＣＤＣ１、ＣＤＣ２は、例えば金属バンプ等の導電性のバンプにより実現してもよいし、導電性の接着剤により実現してもよい。具体的には、例えば音叉型の振動子１０の一端に形成された不図示の第１電極パッドが、導電性の接続部ＣＤＣ１を介して、第１基板６の上面に形成された第１電極端子に接続される。そして第１電極端子は回路装置２０のパッドＰＸ１に電気的に接続される。また音叉型の振動子１０の他端に形成された不図示の第２電極パッドが、導電性の接続部ＣＤＣ２を介して、第１基板６の上面に形成された第２電極端子に接続される。そして第２電極端子は回路装置２０のパッドＰＸ２に電気的に接続される。これにより振動子１０の一端及び他端を、導電性の接続部ＣＤＣ１、ＣＤＣ２を介して、回路装置２０のパッドＰＸ１、ＰＸ２に電気的に接続できるようになる。また半導体チップである回路装置２０の複数のパッドには導電性のバンプＢＭＰが形成され、これらの導電性のバンプＢＭＰが、第１基板６の底面に形成された複数の電極端子に接続される。そして回路装置２０のパッドに接続された電極端子は、内部配線等を介して発振器４の外部端子１８、１９に電気的に接続される。

なお発振器４は、ウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）の発振器であってもよい。この場合には発振器４は、半導体基板と、半導体基板の第１面と第２面との間を貫通する貫通電極とを有するベースと、半導体基板の第１面に対して、金属バンプ等の導電性の接合部材を介して固定される振動子１０と、半導体基板の第２面側に再配置配線層等の絶縁層を介して設けられる外部端子を含む。そして半導体基板の第１面又は第２面に、回路装置２０となる集積回路が形成される。この場合には、振動子１０及び集積回路が配置された複数のベースが形成された第１半導体ウェハーと、複数のリッドが形成された第２半導体ウェハーとを貼りつけることで、複数のベースと複数のリッドを接合し、その後にダイシングソー等によって発振器４の個片化を行う。このようにすれば、ウェハレベルパッケージの発振器４の実現が可能になり、高スループット、且つ、低コストでの発振器４の製造が可能になる。

以上に説明したように本実施形態の回路装置は、発振信号を生成する発振回路と、発振信号の発振周波数の温度補償を行う温度補償回路と、を含む。また温度補償回路は、第１基準電流を生成する第１基準電流生成回路と、第２基準電流を生成する第２基準電流生成回路と、第１基準電流に基づいて、第１温度範囲において発振周波数の温度補償を行う第１補償回路と、第２基準電流に基づいて、第１温度範囲よりも高い第２温度範囲において発振周波数の温度補償を行う第２補償回路を含む。そして第１基準電流生成回路が温度の上昇に従って第１基準電流を減少させる、或いは、第２基準電流生成回路が温度の低下に従って第２基準電流を減少させる。

本実施形態によれば、第１基準電流生成回路が、第１基準電流を温度の上昇に従って減少させることで、第１温度範囲よりも高温側の第２温度範囲の温度であるときには、第１基準電流を十分に小さくすることが可能になり、第１基準電流や第１基準電流に基づく温度補償用の電流が無駄に消費されてしまうのを防止できる。或いは、第２基準電流生成回路が第２基準電流を、温度の低下に従って減少させることで、低温側の第１温度範囲の温度であるときには、第２基準電流を十分に小さくすることが可能になり、第２基準電流や第２基準電流に基づく温度補償用の電流が無駄に消費されてしまうのを防止できる。これにより回路装置の低消費電力化等を実現できる。

また本実施形態では、第１基準電流生成回路は、コレクターとベースが接続され、エミッターが低電位側電源ノードに接続されるｎｐｎ型の第１バイポーラートランジスターと、高電位側電源ノードと第１バイポーラートランジスターとの間に設けられ、高電位側電源ノード側の一端が負の温度特性の電圧に設定される第１抵抗と、を含んでもよい。

このように、第１抵抗の高電位側電源ノード側の一端のノードが、負の温度特性の電圧に設定されることで、第１抵抗に負の温度特性の基準電流を流すことが可能になり、温度上昇に従って減少する第１基準電流を生成できるようになる。

また本実施形態では、第１基準電流生成回路は、負の温度特性の温度検出電圧が非反転入力端子に入力される第１演算増幅器と、高電位側電源ノードと第１抵抗との間に設けられ、ゲートに第１演算増幅器の出力が入力され、ドレインが第１演算増幅器の反転入力端子及び第１抵抗の一端に接続されるＰ型の第１トランジスターと、を含んでもよい。

このようにすれば、第１トランジスターのドレインのノードを、第１演算増幅器の仮想接地により、負の温度特性の温度検出電圧に設定できるようになり、第１基準電流生成回路が、負の温度特性の第１基準電流を生成できるようになる。

また本実施形態では、第２基準電流生成回路は、コレクターとベースが接続され、エミッターが低電位側電源ノードに接続されるｎｐｎ型の第２バイポーラートランジスターと、高電位側電源ノードと第２バイポーラートランジスターとの間に設けられ、高電位側電源ノード側の一端が正の温度特性の電圧に設定される第２抵抗と、を含んでもよい。

このように、第２抵抗の高電位側電源ノード側の一端のノードが、正の温度特性の電圧に設定されることで、第２抵抗に正の温度特性の基準電流を流すことが可能になり、温度低下に従って減少する第２基準電流を生成できるようになる。

また本実施形態では、第２基準電流生成回路は、正の温度特性の温度検出電圧が非反転入力端子に入力される第２演算増幅器と、高電位側電源ノードと第２抵抗との間に設けられ、ゲートに第２演算増幅器の出力が入力され、ドレインが第２演算増幅器の反転入力端子及び第２抵抗の一端に接続されるＰ型の第２トランジスターと、を含んでもよい。

このようにすれば、第２トランジスターのドレインのノードを、第２演算増幅器の仮想接地により、正の温度特性の温度検出電圧に設定できるようになり、第２基準電流生成回路が、正の温度特性の第２基準電流を生成できるようになる。

また本実施形態では、第２基準電流生成回路は、コレクターとベースが接続され、エミッターが低電位側電源ノードに接続されるｎｐｎ型の第２バイポーラートランジスターと、コレクターとベースが接続され、エミッターが第２バイポーラートランジスターのコレクターに接続される第３バイポーラートランジスターと、高電位側電源ノードと第３バイポーラートランジスターとの間に設けられる第２抵抗と、を含んでもよい。

このようにすれば、基準電流源のバイポーラートランジスターの段数を多段にすることで、回路面積の増加を抑制しながら、正の温度特性の適正な第２基準電流を生成できるようになる。

また本実施形態では、第２抵抗の抵抗値は、第１抵抗の抵抗値よりも小さくてもよい。

このように第２抵抗の抵抗値を第１の抵抗値よりも小さくすることで、第１基準電流に比べて第２基準電流を大きな電流値に設定でき、第２補償回路での電流調整を、回路面積の増加を抑制しながら実現できるようになる。

また本実施形態では、第２温度範囲の上限における第２基準電流は、第１温度範囲の下限における第１基準電流よりも大きくてもよい。

このようにすれば、低温側の第１温度範囲に比べて、広い範囲の高温側の第２温度範囲での電流調整が、第２補償回路により行われるようになる。そして、この場合にも本実施形態では、低温側の第１基準電流生成回路と高温側の第２基準電流生成回路とが別個に設けられるため、回路面積の増加を抑制しながら、第１温度範囲、第２温度範囲での適切な電流調整を実現できるようになる。

また本実施形態では、第１補償回路は、一方のトランジスターに流れる電流が温度検出信号により制御される第１差動対トランジスターと、第１基準電流をミラーした基準電流を第１差動対トランジスターに流す第１電流源ランジスターとを有する第１差動対回路を含んでもよい。また第２補償回路は、一方のトランジスターに流れる電流が温度検出信号により制御される第２差動対トランジスターと、第２基準電流をミラーした基準電流を第２差動対トランジスターに流す第２電流源トランジスターとを有する第２差動対回路を含んでよい。

このようにすれば、第１補償回路の第１差動対トランジスターに第１基準電流をミラーした基準電流を流しながら、第１差動対トランジスターの一方のトランジスターに流れる電流を温度検出信号に基づいて制御することで、第１温度範囲での温度補償のための第１電流を生成できるようになる。また第２補償回路の第２差動対トランジスターに第２基準電流をミラーした基準電流を流しながら、第２差動対トランジスターの一方のトランジスターに流れる電流を温度検出信号に基づいて制御することで、第２温度範囲での温度補償のための第２電流を生成できるようになる。

また本実施形態では、温度補償回路は、第１基準電流と温度検出信号とに基づき第１補償回路により生成された第１電流と、第２基準電流と温度検出信号とに基づき第２補償回路により生成された第２電流とに基づいて、発振周波数の温度特性を補償するための関数電流を生成する電流生成回路を含んでもよい。また温度補償回路は、関数電流の電流電圧変換を行って、発振周波数を制御する温度補償電圧を発振回路に出力する電流電圧変換回路を含んでもよい。

このようにすれば、第１基準電流と温度検出信号に基づき第１補償回路が生成した第１電流を含む関数電流が、電流電圧変換回路により電流電圧変換されることで、第１温度範囲での温度補償を行うための温度補償電圧が生成されるようになる。また第２基準電流と温度検出信号に基づき第２補償回路が生成した第２電流を含む関数電流が、電流電圧変換回路により電流電圧変換されることで、第２温度範囲での温度補償を行うための温度補償電圧が生成されるようになる。

また本実施形態では、第３基準電流を生成する第３基準電流生成回路を含んでもよい。そして電流生成回路は、第１基準電流に基づき生成された第１電流と第２基準電流に基づき生成された第２電流とを、関数電流のｋ次成分電流として生成するｋ次成分電流生成回路と、第３基準電流に基づいて、関数電流のｍ次成分電流を生成するｍ次成分電流生成回路と、を含んでもよい。

このようにすれば、関数電流のｋ次成分電流については、第１温度範囲では第１基準電流に基づき生成し、第２温度範囲では第２基準電流に基づき生成することで、低消費電力化を実現できるようになる。一方、ｍ次成分電流については、第３基準電流に基づき生成することで、温度補償回路４０の全体としての低消費電力化を実現できるようになる。

また本実施形態では、ｋ次成分電流はｍ次成分電流よりも低次成分の電流であってもよい。

このようにすれば、第１温度範囲と第２温度範囲の一方の温度範囲の温度であるときに、他方の温度範囲での電流が無駄に消費されてしまうのを抑制できるようになると共に、高次成分であるｍ次成分電流については、第３基準電流に基づき生成することで、温度補償回路の全体での電力消費を低減することが可能になる。

また本実施形態の発振器は、振動子と、回路装置と、を含み、回路装置は、振動子を発振させて発振信号を生成する発振回路と、発振信号の発振周波数の温度補償を行う温度補償回路と、を含む。そして温度補償回路は、第１温度範囲において発振周波数の温度補償を行う第１補償回路と、第１温度範囲よりも高い第２温度範囲において発振周波数の温度補償を行う第２補償回路と、第１補償回路の基準電流となる第１基準電流を生成する第１基準電流生成回路と、第２補償回路の基準電流となる第２基準電流を生成する第２基準電流生成回路と、を含む。そして第１基準電流生成回路が温度の上昇に従って第１基準電流を減少させる、或いは、第２基準電流生成回路が温度の低下に従って第２基準電流を減少させる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。また回路装置、発振器の構成・動作等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

４…発振器、６…第１基板、７…第２基板、８…第３基板、１０…振動子、１５…パッケージ、１６…ベース、１７…リッド、１８…外部端子、１９…外部端子、２０…回路装置、３０…発振回路、３２…可変容量回路、４０…温度補償回路、４１…第１基準電流生成回路、４２…第２基準電流生成回路、４３、４４…第３基準電流生成回路、４６…第１可変抵抗回路、４７…第２可変抵抗回路、４８…温度センサー、５０…電流生成回路、５１…第１補償回路、５２…第２補償回路、５３…ｋ次成分電流生成回路、５４…ｍ次成分電流生成回路、５５…第３補償回路、５６…第４補償回路、５７…第５補償回路、５８…第６補償回路、５９…電流電圧変換回路、６０…ロジック回路、７０…不揮発性メモリー、８０…出力回路、９０…電源回路、１４０…温度補償回路、１４１…基準電流生成回路、１５１…第１補償回路、１５２…第２補償回路、１５３…スイッチ回路、１５４…スイッチ回路、ＢＡ１…第１バイポーラートランジスター、ＢＡ２～ＢＡ７…バイポーラートランジスター、ＢＢ１…第２バイポーラートランジスター、ＢＢ２～ＢＢ７…バイポーラートランジスター、ＢＣ２…第２バイポーラートランジスター、ＢＣ３…第３バイポーラートランジスター、ＢＭＰ…バンプ、ＢＰ１、ＢＰ２…バイポーラートランジスター、ＣＫ…クロック信号、ＩＡ…第１電流、ＩＢ…第２電流、ＩＲＡ…第１基準電流、ＩＲＢ…第２基準電流、ＩＲＭ…第３基準電流、ＯＰＡ…第１演算増幅器、ＯＰＢ…第２演算増幅器、ＰＣＫ…パッド、ＰＧＮＤ…パッド、ＰＶＤＤ…パッド、ＰＸ１、ＰＸ２…パッド、ＲＡ…第１抵抗、ＲＢ…第２抵抗、ＲＴ１…第１温度範囲、ＲＴ２…第２温度範囲、ＴＡ…第１トランジスター、ＴＢ…第２トランジスター、ＴＣＫ、ＴＧＮＤ、ＴＶＤＤ…端子、ＶＣＰ…温度補償電圧、ＶＴＳ…温度検出電圧、ＶＴＳ２…温度検出電圧

Claims (13)

1. 発振信号を生成する発振回路と、
   前記発振信号の発振周波数の温度補償を行う温度補償回路と、
   を含み、
   前記温度補償回路は、
   第１基準電流を生成する第１基準電流生成回路と、
   第２基準電流を生成する第２基準電流生成回路と、
   前記第１基準電流に基づいて、第１温度範囲において前記発振周波数の温度補償を行う第１補償回路と、
   前記第２基準電流に基づいて、前記第１温度範囲よりも高い第２温度範囲において前記発振周波数の温度補償を行う第２補償回路と、
   を含み、
   前記第１基準電流生成回路が温度の上昇に従って前記第１基準電流を減少させる、或いは、前記第２基準電流生成回路が前記温度の低下に従って前記第２基準電流を減少させることを特徴とする回路装置。
2. 請求項１に記載の回路装置において、
   前記第１基準電流生成回路は、
   コレクターとベースが接続され、エミッターが低電位側電源ノードに接続されるｎｐｎ型の第１バイポーラートランジスターと、
   高電位側電源ノードと前記第１バイポーラートランジスターとの間に設けられ、前記高電位側電源ノード側の一端が負の温度特性の電圧に設定される第１抵抗と、
   を含むことを特徴とする回路装置。
3. 請求項２に記載の回路装置において、
   前記第１基準電流生成回路は、
   負の温度特性の温度検出電圧が非反転入力端子に入力される第１演算増幅器と、
   前記高電位側電源ノードと前記第１抵抗との間に設けられ、ゲートに前記第１演算増幅器の出力が入力され、ドレインが前記第１演算増幅器の反転入力端子及び前記第１抵抗の前記一端に接続されるＰ型の第１トランジスターと、
   を含むことを特徴とする回路装置。
4. 請求項２又は３に記載の回路装置において、
   前記第２基準電流生成回路は、
   コレクターとベースが接続され、エミッターが前記低電位側電源ノードに接続されるｎｐｎ型の第２バイポーラートランジスターと、
   前記高電位側電源ノードと前記第２バイポーラートランジスターとの間に設けられ、前記高電位側電源ノード側の一端が正の温度特性の電圧に設定される第２抵抗と、
   を含むことを特徴とする回路装置。
5. 請求項４に記載の回路装置において、
   前記第２基準電流生成回路は、
   正の温度特性の温度検出電圧が非反転入力端子に入力される第２演算増幅器と、
   前記高電位側電源ノードと前記第２抵抗との間に設けられ、ゲートに前記第２演算増幅器の出力が入力され、ドレインが前記第２演算増幅器の反転入力端子及び前記第２抵抗の前記一端に接続されるＰ型の第２トランジスターと、
   を含むことを特徴とする回路装置。
6. 請求項２又は３に記載の回路装置において、
   前記第２基準電流生成回路は、
   コレクターとベースが接続され、エミッターが前記低電位側電源ノードに接続されるｎｐｎ型の第２バイポーラートランジスターと、
   コレクターとベースが接続され、エミッターが前記第２バイポーラートランジスターのコレクターに接続される第３バイポーラートランジスターと、
   前記高電位側電源ノードと前記第３バイポーラートランジスターとの間に設けられる第２抵抗と、
   を含むことを特徴とする回路装置。
7. 請求項４乃至６のいずれか一項に記載の回路装置において、
   前記第２抵抗の抵抗値は、前記第１抵抗の抵抗値よりも小さいことを特徴とする回路装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の回路装置において、
   前記第２温度範囲の上限における前記第２基準電流は、前記第１温度範囲の下限における前記第１基準電流よりも大きいことを特徴とする回路装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回路装置において、
   前記第１補償回路は、
   一方のトランジスターに流れる電流が温度検出信号により制御される第１差動対トランジスターと、前記第１基準電流をミラーした基準電流を前記第１差動対トランジスターに流す第１電流源ランジスターとを有する第１差動対回路を含み、
   前記第２補償回路は、
   一方のトランジスターに流れる電流が前記温度検出信号により制御される第２差動対トランジスターと、前記第２基準電流をミラーした基準電流を前記第２差動対トランジスターに流す第２電流源トランジスターとを有する第２差動対回路を含むことを特徴とする回路装置。
10. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記温度補償回路は、
    前記第１基準電流と温度検出信号とに基づき前記第１補償回路により生成された第１電流と、前記第２基準電流と前記温度検出信号とに基づき前記第２補償回路により生成された第２電流とに基づいて、前記発振周波数の温度特性を補償するための関数電流を生成する電流生成回路と、
    前記関数電流の電流電圧変換を行って、前記発振周波数を制御する温度補償電圧を前記発振回路に出力する電流電圧変換回路と、
    を含むことを特徴とする回路装置。
11. 請求項１０に記載の回路装置において、
    第３基準電流を生成する第３基準電流生成回路を含み、
    前記電流生成回路は、
    前記第１基準電流に基づき生成された前記第１電流と前記第２基準電流に基づき生成された前記第２電流とを、前記関数電流のｋ次成分電流として生成するｋ次成分電流生成回路と、
    前記第３基準電流に基づいて、前記関数電流のｍ次成分電流を生成するｍ次成分電流生成回路と、
    を含むことを特徴とする回路装置。
12. 請求項１１に記載の回路装置において、
    前記ｋ次成分電流は前記ｍ次成分電流よりも低次成分の電流であることを特徴とする回路装置。
13. 振動子と、
    回路装置と、
    を含み、
    前記回路装置は、
    前記振動子を発振させて発振信号を生成する発振回路と、
    前記発振信号の発振周波数の温度補償を行う温度補償回路と、
    を含み、
    前記温度補償回路は、
    第１温度範囲において前記発振周波数の温度補償を行う第１補償回路と、
    前記第１温度範囲よりも高い第２温度範囲において前記発振周波数の温度補償を行う第２補償回路と、
    前記第１補償回路の基準電流となる第１基準電流を生成する第１基準電流生成回路と、
    前記第２補償回路の基準電流となる第２基準電流を生成する第２基準電流生成回路と、
    を含み、
    前記第１基準電流生成回路が温度の上昇に従って前記第１基準電流を減少させる、或いは、前記第２基準電流生成回路が前記温度の低下に従って前記第２基準電流を減少させることを特徴とする発振器。

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