JP2023155463A - 発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】温度計測結果の揺らぎなどを原因とする周波数のマイクロジャンプを小さくして、クロック周波数の高精度化等を実現できる発振器等の提供。
【解決手段】発振器４は、振動子１０と振動子１０に電気的に接続される第１回路装置２０と、第２回路装置３０を含む。第１回路装置２０は、振動子１０を発振させることで、第１クロック信号ＣＫ１を生成すると共に第１クロック信号ＣＫ１の周波数を温度補償する第１温度補償処理を行う。第２回路装置３０は、第１回路装置２０からの第１クロック信号ＣＫ１が入力され、第１クロック信号ＣＫ１に基づいて第２クロック信号ＣＫ２を生成すると共に第２クロック信号ＣＫ２の周波数を温度補償する第２温度補償処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振器、電子機器及び移動体等に関する。

従来より、温度検出結果に基づき温度補償を行う温度補償型の発振器が知られている。このような温度補償型の発振器としては例えば特許文献１に開示される従来技術が知られている。この従来技術の発振器では、振動子の発振信号の周波数を逓倍するフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路を用いてクロック信号を生成する。そしてこの発振器は、温度計測部と、温度補正テーブルが記憶される記憶部を含み、フラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路の分周比を、温度計測部による温度計測値と温度補正テーブルに基づき設定することで、デジタル方式の温度補償処理を実現する。具体的には温度補正テーブルは、デジタルの温度検出データである温度計測値と分周比とを対応づけて記憶しており、温度計測値に基づき温度補正テーブルから読み出された分周比のデータに基づいて、フラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路の分周比が設定される。これにより、振動子の発振信号の周波数を逓倍したクロック信号が発振器から出力されるようになる。

特開２０１７－２２０７７０号公報

特許文献１に記載されているようなデジタル方式の温度補償処理では、温度計測結果の揺らぎなどを原因として、周波数のマイクロジャンプが生じる。この場合、温度補償のゲインが大きくなると、マイクロジャンプも大きくなるなどの問題が生じる。このような問題が発生すると、発振器のクロック周波数の高精度化の実現が困難になる。

本開示の一態様は、振動子と、前記振動子に電気的に接続される第１回路装置と、第２回路装置と、を含み、前記第１回路装置は、前記振動子を発振させることで、第１クロック信号を生成すると共に、前記第１クロック信号の周波数を温度補償する第１温度補償処理を行い、前記第２回路装置は、前記第１回路装置からの前記第１クロック信号が入力され、前記第１クロック信号に基づいて第２クロック信号を生成すると共に、前記第２クロック信号の周波数を温度補償する第２温度補償処理を行う発振器に関係する。

本実施形態の発振器の基本的な構成例。 本実施形態の発振器の第１の構成例。 本実施形態の発振器の第２の構成例。 本実施形態の発振器の第３の構成例。 周波数のマイクロジャンプやヒステリシス誤差の問題を説明する周波数温度特性の例。 周波数のマイクロジャンプが発生した場合の周波数温度特性の例。 周波数のマイクロジャンプを抑制した場合の周波数温度特性の例。 本実施形態の温度補償手法の説明図。 本実施形態の温度補償手法による周波数偏差の改善の説明図。 本実施形態の温度補償手法によるヒステリシス特性の改善の説明図。 第１回路装置の第１の構成例。 第１回路装置の第２の構成例。 第２回路装置の第１の構成例。 第２回路装置の第２の構成例。 第２回路装置の第３の構成例。 発振器の第１の構造例。 発振器の第２の構造例。 発振器の第３の構造例。 振動子及び回路装置が収容される発振器の構造例。 電子機器の構成例。 移動体の構成例。

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．発振器
図１に本実施形態の発振器４の基本的な構成例を示す。発振器４は、温度補償型発振器であり、振動子１０と回路装置２０と回路装置３０を含む。発振器４は、恒温槽を備えない温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）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）であってもよい。回路装置２０は第１回路装置であり、回路装置３０は第２回路装置である。回路装置２０は振動子１０に電気的に接続されている。例えばボンディグワイヤー、金属バンプ或いはパッケージの内部配線等を介して、振動子１０と回路装置２０は電気的に接続されている。また図１では回路装置３０は回路装置２０に電気的に接続されている。例えばボンディグワイヤー、金属バンプ或いはパッケージの内部配線等を介して、回路装置２０と回路装置３０は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などにより実現できる。なお本実施形態の振動子１０は、例えば厚みすべり振動型以外の振動片や、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できる。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）振動子等を採用してもよい。

回路装置２０、３０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、３０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。

第１回路装置である回路装置２０は、振動子１０を発振させることで、クロック信号ＣＫ１を生成すると共に、クロック信号ＣＫ１の周波数を温度補償する第１温度補償処理を行う。そして回路装置２０は、第１温度補償処理が行われたクロック信号ＣＫ１を出力する。クロック信号ＣＫ１は第１クロック信号である。第１温度補償処理は、温度変動によるクロック信号ＣＫ１の周波数変動を抑制して補償する処理である。

第２回路装置である回路装置３０は、回路装置２０からのクロック信号ＣＫ１が入力され、クロック信号ＣＫ１に基づいてクロック信号ＣＫ２を生成すると共に、クロック信号ＣＫ２の周波数を温度補償する第２温度補償処理を行う。そして回路装置３０は、第２温度補償処理が行われたクロック信号ＣＫ２を出力する。クロック信号ＣＫ２は第２クロック信号である。第２温度補償処理は、温度変動によるクロック信号ＣＫ２の周波数変動を抑制して補償する処理である。なお、以下では第１温度補償処理、第２温度補償処理を、適宜、温度補償処理と総称して記載する場合がある。

具体的には図１に示すように回路装置２０は、発振回路２２と処理回路２４を含む。発振回路２２は、振動子１０を発振させることで、クロック信号ＣＫ１を生成する。処理回路２４は、クロック信号ＣＫ１の周波数を温度補償する第１温度補償処理を行う。処理回路２４は第１処理回路である。

例えば回路装置２０は、第１振動子用端子と第２振動子用端子を含む。回路装置２０の外部に設けられる振動子１０の一端である第１端子電極が、第１振動子用端子に電気的に接続される。また振動子１０の他端である第２端子電極が、第２振動子用端子に電気的に接続される。また発振回路２２による振動子１０の発振動作により生成されたクロック信号ＣＫ１は、回路装置２０のクロック出力端子を介して外部に出力される。例えば発振回路２２からの発振信号が、不図示の出力回路によりバッファリングされて、クロック信号ＣＫ１としてクロック出力端子から出力される。第１振動子用端子、第２振動子用端子、クロック出力端子は、例えば回路装置２０のパッドである。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。電気的な接続は能動素子等を介した接続であってもよい。

発振回路２２は、第１振動子用端子と第２振動子用端子の間に設けられた発振用の駆動回路などを含む。例えば発振回路２２は、駆動回路を実現するバイポーラートランジスターなどのトランジスターと、キャパシターや抵抗などの能動素子により実現できる。発振回路２２としては、例えばピアース型、コルピッツ型、インバーター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２２には、可変容量回路が設けられており、この可変容量回路の容量値の調整により、発振周波数を調整できるようになっている。可変容量回路は、バラクターなどの電圧可変容量素子により実現できる。可変容量回路は、振動子１０の一端に電気的に接続される。なお振動子１０の一端に接続される第１可変容量回路と振動子１０の他端に電気的に接続される第２可変容量回路を設けてもよい。

処理回路２４は、第１温度補償処理を行って、振動子１０の発振を制御する制御電圧ＶＣを出力する。例えば処理回路２４は、第１温度補償処理として、振動子１０の周波数温度特性を補償する温度補償用の制御電圧ＶＣを生成して、制御電圧ＶＣを発振回路２２に出力する。この制御電圧ＶＣに基づいて、発振回路２２の可変容量回路のバラクター等の可変容量素子の容量値が調整されることで、発振回路２２の発振の周波数が制御され、これによりクロック信号ＣＫ１の周波数が制御され、クロック信号ＣＫ１の第１温度補償処理が実現される。例えば温度変化に対するクロック信号ＣＫ１の周波数変化を一定にする第１温度補償処理が実現される。処理回路２４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。或いは処理回路２４を、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサーにより実現してもよい。

回路装置３０は、クロック信号生成回路３２と処理回路３４を含む。クロック信号生成回路３２は、回路装置２０からのクロック信号ＣＫ１に基づいて、周波数設定信号ＦＳＤにより設定される周波数のクロック信号ＣＫ２を生成する。例えばクロック信号生成回路３２は、第１温度補償処理が行われたクロック信号ＣＫ１を基準クロック信号として、クロック信号ＣＫ１の周波数を逓倍した周波数のクロック信号ＣＫ２を生成する。クロック信号生成回路３２は、後述するように例えばフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路やＤＤＳと呼ばれるダイレクトデジタルシンセサイザーなどにより実現できる。クロック信号ＣＫ１は、回路装置３０のクロック入力端子を介して回路装置３０に入力される。クロック信号生成回路３２により生成されたクロック信号ＣＫ２は、回路装置３０のクロック出力端子を介して外部に出力される。例えばクロック信号生成回路３２で生成されたクロック信号ＣＫ２は不図示の出力回路を介してクロック出力端子から出力され、発振器４の外部接続用の外部端子を介して外部に出力される。クロック入力端子、クロック出力端子は、例えば回路装置３０のパッドである。

処理回路３４は、周波数設定信号ＦＳＤを出力する。この周波数設定信号ＦＳＤによりクロック信号ＣＫ２の周波数が制御されることで、第２温度補償処理が実現される。例えば温度変化に対するクロック信号ＣＫ２の周波数変化を一定にする第２温度補償処理が実現される。処理回路３４は、例えばゲートアレイ等の自動配置配線によるＡＳＩＣの回路により実現できる。或いは処理回路３４を、ＤＳＰ、ＣＰＵなどのプロセッサーにより実現してもよい。

例えば後述の図８で説明するように、振動子１０は、周波数温度特性において、温度に対する周波数の変動量である周波数変動量が大きい。従って、振動子１０の発振によるクロック信号をそのまま用いて、例えばデジタル方式の温度補償処理を行うと、温度計測結果の揺らぎなどを原因とする周波数のマイクロジャンプが大きくなってしまい、発振器４のクロック周波数の高精度化の実現が困難になる。例えば温度検出データの量子化誤差などに起因する周波数のマイクロジャンプにより、クロック周波数の高精度化が難しくなる。なお、本実施形態におけるマイクロジャンプとは、温度変化に対する細かく急峻な周波数変化をいい、温度補償範囲全体に亘って生じるものを指す。後述の図５において、具体的な例を示す。

この点、本実施形態では、振動子１０を発振させる回路装置２０において、粗調整の温度補償処理である第１温度補償処理を行う。これにより回路装置２０から出力されるクロック信号ＣＫ１の周波数温度特性での周波数変動量は小さくなる。そして回路装置３０が、回路装置２０からのクロック信号ＣＫ１に基づいてクロック信号ＣＫ２を生成する際に、微調整の温度補償処理である第２温度補償処理を行う。このように回路装置２０により粗調整の第１温度補償処理を行った後に、回路装置３０により微調整の第２温度補償処理を行うことで、温度計測結果の揺らぎなどを原因とする周波数のマイクロジャンプを小さくすることが可能になり、発振器４のクロック周波数の高精度化等を実現できる。例えば本実施形態では、温度変動によるクロック信号ＣＫ２の周波数偏差の絶対値は、温度変動によるクロック信号ＣＫ１の周波数偏差の絶対値よりも小さくなっており、クロック信号ＣＫ２の周波数温度特性での周波数変動量を非常に小さくすることが可能になる。例えば後述の図８で説明するように、回路装置２０により第１温度補償処理を行うことで、温度変動によるクロック信号ＣＫ１の周波数偏差の絶対値を、－４０℃以上１０５℃以下の温度範囲において例えば１ｐｐｍ以下とすることができる。そして本実施形態では、このように周波数偏差の絶対値が例えば１ｐｐｍ以下となる粗調整の第１温度補償処理が行われたクロック信号ＣＫ１を回路装置３０に入力し、回路装置３０において第２温度補償処理を行ってクロック信号ＣＫ２を生成する。このようにすることで、クロック信号ＣＫ２の周波数偏差の絶対値を、例えば１００ｐｐｂ以下にすることが可能になり、更に望ましくは１０ｐｐｂ以下にすることが可能になり、クロック周波数の高精度化を実現できるようになる。なお、ここでいう周波数偏差とは、公称周波数と実際の周波数の差を、公称周波数で除算した値を言う。

また本実施形態では、回路装置２０は、振動子１０を発振させることで、クロック信号ＣＫ１を生成する発振回路２２と、第１温度補償処理を行う処理回路２４を含む。そして回路装置３０は、回路装置２０からのクロック信号ＣＫ１に基づいて、周波数設定信号ＦＳＤにより設定される周波数のクロック信号ＣＫ２を生成するクロック信号生成回路３２と、第２温度補償処理を行って、周波数設定信号ＦＳＤを出力する処理回路３４を含む。このように、回路装置２０に発振回路２２と処理回路２４を設けることで、振動子１０を発振させてクロック信号ＣＫ１を生成する処理と、クロック信号ＣＫ１の周波数を温度補償する第１温度補償処理を、回路装置２０に行わせることが可能になる。また回路装置３０にクロック信号生成回路３２と処理回路３４を設けることで、クロック信号ＣＫ１に基づきクロック信号ＣＫ２を生成する処理と、クロック信号ＣＫ２の周波数を温度補償する第２温度補償処理を、回路装置３０に行わせる可能になる。

また本実施形態では、回路装置２０の処理回路２４は、第１温度補償処理として、振動子１０の周波数温度特性を補償する温度補償用の制御電圧ＶＣを生成して、制御電圧ＶＣを発振回路２２に出力する。一方、回路装置３０の処理回路３４は、温度検出データに基づいて第２温度補償処理を行って、デジタル信号である周波数設定信号ＦＳＤをクロック信号生成回路３２に出力する。

このようにすれば、第１温度補償処理により生成された制御電圧ＶＣに基づいて、発振回路２２の発振周波数が制御されることで、振動子１０の周波数温度特性を補償する第１温度補償処理が行われたクロック信号ＣＫ１を生成できるようになる。そして、このクロック信号ＣＫ１と、第２温度補償処理により生成された周波数設定信号ＦＳＤがクロック信号生成回路３２に入力されることで、第２温度補償処理が行われたクロック信号ＣＫ２を生成できるようになる。これにより、粗調整の第１温度補償処理を行った後に、微調整の第２温度補償処理を行うことが可能になり、発振器４のクロック周波数の高精度化を実現できるようになる。

図２に本実施形態の発振器４の第１の構成例を示す。図２では回路装置２０は、温度センサー２６を有し、温度センサー２６による温度検出信号ＳＴに基づいて第１温度補償処理を行う。温度検出信号ＳＴは例えば温度検出電圧である。例えば温度センサー２６は温度検出信号ＳＴを処理回路２４に出力する。処理回路２４は、温度センサー２６からの温度検出信号ＳＴに基づいて第１温度補償処理を行う。例えば処理回路２４は、温度センサー２６からの温度検出信号ＳＴを、不図示のＡ／Ｄ変換回路によりＡ／Ｄ変換した温度検出データに基づいて第１温度補償処理を行う。このＡ／Ｄ変換回路は、処理回路２４の外部に設けられていてもよいし、処理回路２４の内部に設けられていてもよい。

温度センサー２６は、環境の温度に応じて変化する温度依存電圧を、温度検出信号ＳＴとして出力する。環境の温度は例えば振動子１０や回路装置２０等の周囲の環境の温度である。例えば温度センサー２６は、温度依存性を有する回路素子を利用して温度依存電圧を生成し、温度に非依存の電圧を基準として温度依存電圧を出力する。例えば温度センサー２６は、ＰＮ接合の順方向電圧を温度依存電圧として出力する。例えばバイポーラートランジスターのベース・エミッター間電圧を温度依存電圧として出力する。温度に非依存の電圧は例えばバンドギャップリファレンス電圧などである。

処理回路２４は、温度センサー２６からの温度検出信号ＳＴにより、環境の温度を計測し、温度変動による振動子１０の発振の周波数変動を抑制して、振動子１０の周波数温度特性を補償する第１温度補償処理を行って、制御電圧ＶＣを出力する。この制御電圧ＶＣに基づいて、発振回路２２が有する可変容量回路の容量値が制御されることで、温度変動による振動子１０の発振の周波数変動を抑制して一定にする第１温度補償処理が実現される。例えばクロック信号ＣＫ１の周波数偏差の絶対値が例えば１ｐｐｍ以下となる第１温度補償処理が実現される。

このように回路装置２０に内蔵される温度センサー２６を用いて第１温度補償処理を行うことで、振動子１０の周波数温度特性の適正な温度補償が可能になる。例えば回路装置２０に内蔵される温度センサー２６を用いることで、振動子１０からそれほど距離が離れていない場所での温度を計測できるようになる。これにより、振動子１０の実際の温度と、温度センサー２６により計測された温度の差異を小さくできるため、より適切な第１温度補償処理を実現できる。例えば温度特性のヒステリシス誤差を低減することが可能になる。

また図２では回路装置３０は、回路装置２０の温度センサー２６による温度検出信号ＳＴが入力され、温度検出信号ＳＴに基づいて第２温度補償処理を行う。例えば温度検出信号ＳＴは、回路装置２０の信号出力端子を介して出力され、回路装置３０の信号入力端子を介して回路装置３０に入力される。信号出力端子は回路装置２０の例えばパッドであり、信号入力端子は回路装置３０の例えばパッドである。例えば回路装置２０からの温度検出信号ＳＴは、回路装置３０の処理回路３４に入力される。そして処理回路３４は、温度検出信号ＳＴに基づいて第２温度補償処理を行って、周波数設定信号ＦＳＤをクロック信号生成回路３２に出力する。クロック信号生成回路３２は、回路装置２０からのクロック信号ＣＫ１に基づいて、周波数設定信号ＦＳＤにより設定される周波数のクロック信号ＣＫ２を生成する。例えばクロック信号生成回路３２は、クロック信号ＣＫ１を基準クロック信号として、周波数設定信号ＦＳＤにより設定される周波数のクロック信号ＣＫ２を生成する。そして生成されたクロック信号ＣＫ２が発振器４から出力される。

このように図２では、回路装置３０は、回路装置２０の温度センサー２６による温度検出信号ＳＴに基づいて、第２温度補償処理を行う。このようにすれば、回路装置２０での第１温度補償処理と、回路装置３０での第２温度補償処理を、同じ温度センサー２６からの温度検出信号ＳＴに基づいて行うことができるため、より適正な温度補償処理を実現できる。また回路装置２０に内蔵される温度センサー２６を用いることで、温度センサー２６と回路装置３０との距離を離すことが可能になる。例えば温度センサー２６と振動子１０との距離を、温度センサー２６と回路装置３０との距離よりも近い距離にできる。例えば回路装置３０は、デジタル方式の温度補償処理を行うため、デジタル処理により発生する熱量が高くなる。このような熱源となる回路装置３０と温度センサー２６との距離を、振動子１０と温度センサー２６との距離に比べて遠くすることで、回路装置３０が発生する熱による悪影響を低減できる。具体的には、後述するような温度特性のヒステリシス誤差を大幅に低減することが可能になり、発振器４のクロック周波数の高精度化を実現できる。

図３に本実施形態の発振器４の第２の構成例を示す。図３では、回路装置３０は、回路装置２０及び回路装置３０の外部に設けられた外部温度センサー２７による温度検出信号ＳＴが入力され、温度検出信号ＳＴに基づいて第２温度補償処理を行う。例えば外部温度センサー２７からの温度検出信号ＳＴは、回路装置３０の信号入力端子を介して回路装置３０に入力される。例えば外部温度センサー２７からの温度検出信号ＳＴは、回路装置３０の処理回路３４に入力される。そして処理回路３４は、温度検出信号ＳＴに基づいて第２温度補償処理を行って、周波数設定信号ＦＳＤをクロック信号生成回路３２に出力する。例えば処理回路３４は、外部温度センサー２７からの温度検出信号を、不図示のＡ／Ｄ変換回路によりＡ／Ｄ変換した温度検出データに基づいて第２温度補償処理を行う。クロック信号生成回路３２は、回路装置２０からのクロック信号ＣＫ１に基づいて、周波数設定信号ＦＳＤにより設定される周波数のクロック信号ＣＫ２を生成する。

外部温度センサー２７は、例えば発振器４のパッケージの内部に実装される。外部温度センサー２７としては、例えばサーミスターなどの回路部品により実現される種々の温度検出素子を用いることができる。また回路装置２０は、外部温度センサー２７からの温度検出信号ＳＴに基づいて第１温度補償処理を行ってもよいし、回路装置２０に内蔵される温度センサー２６から温度検出信号ＳＴに基づいて第１温度補償処理を行ってもよい。また回路装置２０は、内蔵される温度センサー２６と外部温度センサー２７の両方を用いて、第１温度補償処理を行ってもよい。回路装置３０も、回路装置２０に内蔵される温度センサー２６と外部温度センサー２７の両方を用いて、第２温度補償処理を行ってもよい。或いは回路装置３０は、回路装置３０に内蔵される温度センサーを用いて第２温度補償処理を行うようにしてもよい。また外部温度センサー２７として複数の温度センサーを設け、これらの複数の温度センサーを用いて、第１温度補償処理や第２温度補償処理を行うようにしてもよい。或いは回路装置２０や回路装置３０に複数の温度センサーを設け、これらの複数の温度センサーを用いて、第１温度補償処理や第２温度補償処理を行うようにしてもよい。

このように図３では、外部温度センサー２７からの温度検出信号ＳＴに基づいて、第２温度補償処理などの温度補償処理が行われる。このようにすれば、例えば外部温度センサー２７を振動子１０の近くに配置することなどにより、振動子１０の周囲での温度を、より適正に計測することが可能になる。これにより、より適切で高精度な温度補償処理を実現することが可能になる。例えば外部温度センサー２７として、複数の温度センサーを発振器４のパッケージ内に設けることで、更に高精度な温度補償処理を実現することも可能になる。

図４に本実施形態の発振器４の第３の構成例を示す。図４では、回路装置３０は、学習済みモデルの情報を記憶する記憶部３５を含む。そして処理回路３４は、学習済みモデルの情報に基づいて第２温度補償処理を行う。例えば処理回路３４は、温度検出信号ＳＴと、記憶部３５に記憶される学習済みモデルの情報とに基づいて、第２温度補償処理を行う。そして温度補償処理が行われた周波数設定信号ＦＳＤを出力する。記憶部３５は、例えば不揮発性メモリーなどの半導体のメモリーにより実現できる。不揮発性メモリーとしては、例えばデータの電気的な消去が可能なＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）や、ＦＡＭＯＳ（Floating gate Avalanche injection MOS）などを用いたＯＴＰ（One Time Programmable）のメモリーなどを用いることができる。

温度検出信号ＳＴは、回路装置２０が内蔵する温度センサー２６からの温度検出信号であってもよいし、外部温度センサー２７からの温度検出信号であってもよい。或いは温度検出信号ＳＴは、回路装置３０が内蔵する不図示の温度センサーからの温度検出信号であってもよい。或いは、処理回路３４は、温度センサー２６、外部温度センサー２７などの複数の温度センサーからの温度検出信号ＳＴと、記憶部３５に記憶される学習済みモデルの情報とに基づいて、第２温度補償処理を行ってもよい。例えば記憶部３５は、温度計測結果に対して、対応する温度補償値が得られるように機械学習させた学習済みモデルの情報を記憶する。処理回路３４は、温度検出信号ＳＴと記憶部３５の学習済みモデルの情報とに基づいて、各温度に対応する温度補償値を求める第２温度補償処理を行う。処理回路３４がニューラルネットワーク演算を行う場合には、記憶部３５は、学習済みモデルの情報として、ニューラルネットワーク演算の重み付け係数の情報を記憶する。処理回路３４は、例えば温度検出信号ＳＴに対応する温度検出データに基づいて、重み付け係数の情報を記憶部３５から読み出して、ニューラルネットワーク演算を行うことで、各温度に対応する温度補償値を求める第２温度補償処理を実行する。

このように学習済みモデルの情報を用いて、第２温度補償処理を行うことで、より正確で適切な第２温度補償処理の実現が可能になる。例えば発振器４の製造時や出荷時において、当該発振器４の周波数温度特性を計測することで得られた学習済みモデルの情報を、不揮発性メモリーなどにより実現される記憶部３５に書き込んで記憶させる。例えば発振器４の製造時や出荷時において、恒温槽などを用いて環境温度を変化させながら、各温度でのクロック信号の周波数特性を計測する。そして計測結果に基づき求められた学習済みモデルの情報を、記憶部３５に書き込んで記憶させる。例えば各温度でのクロック周波数と温度検出信号をモニターし、各温度での温度検出信号の値に対応する適正な温度補償値が得られるように機械学習させた学習済みモデルの情報を、記憶部３５に書き込んで記憶させる。このようにすることで、発振器４の実動作時において、処理回路３４は、温度センサーからの温度検出信号に対応する温度補償データを求める第２温度補償処理を実行できるようになる。これにより、製造のプロセス変動や回路特性の変動などの影響を抑制してキャンセルした第２温度補償処理を実現することが可能になる。なお本実施形態の発振器４は図１～図４で説明した構成に限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば回路装置２０と回路装置３０を１つの半導体チップにより実現するような変形実施も可能である。また回路装置２０に複数の温度センサーを設けたり、回路装置３０に１又は複数の温度センサーを設けたり、ディスクリート部品で実現される複数の外部温度センサーを発振器４に設けてもよい。また、学習済みモデルの情報は発振器４の出荷後に更新されてもよい。また、学習済みモデルの情報に基づく第２温度補償処理は、発振器４が実装された状態で動作するものであればよい。第２温度補償処理を行うための構成は必ずしも他の回路要素と同一のパッケージに収容されているものに限らず、発振器４のパッケージの外部に設けられていてもよい。

２．温度補償処理
次に本実施形態の温度補償処理について詳細に説明する。例えば図５の周波数温度特性において、横軸は温度であり、例えば－４０℃以上８０℃以下、－４０℃以上１０５℃以下、又は－４０℃以上１２５℃以下というような温度範囲で温度を変化させている。また縦軸はｐｐｂなどの単位で表される周波数偏差である。以降の図面においても同様である。

図５のＡ１は、従来の発振器において低い温度から高い温度に上げたときの周波数温度特性であり、Ａ２は、高い温度から低い温度に下げたときの周波数温度特性である。図５のＡ１のように温度を上昇させているときには、温度変動による周波数変動は比較的、少ない。しかしながら、Ａ２のように、温度上昇後に温度を低下させたときには、ヒステリシス誤差ＨＹＳが発生してしまう。即ち、温度上昇により、回路装置のＩＣの温度が上昇すると、その後に温度を低下させても、回路装置の温度は直ぐには下がらず、高いままになる。このため回路装置に内蔵する温度センサーを用いて温度補償処理を行うと、実際の振動子の温度や環境の温度とは異なる温度検出信号で温度補償処理が行われてしまうため、図５に示すようなヒステリシス誤差ＨＹＳが発生してしまう。また図５では、温度計測結果の揺らぎなどに起因する周波数のマイクロジャンプＦＪＰも発生している。このようなマイクロジャンプＦＪＰやヒステリシス誤差ＨＹＳが発生すると、温度変動による周波数偏差を、発振器の仕様である周波数許容誤差内に収めることが困難になる。

図６は周波数のマイクロジャンプが発生している場合の周波数温度特性の例である。図６のように大きなマイクロジャンプが発生すると周波数温度特性のスロープが悪化し、発振器の性能が悪化する。一方、図７に示すようにマイクロジャンプを抑制することで、発振器のクロック周波数の高精度化を実現できる。

図８のＢ１は、水晶振動子等の振動子１０の周波数温度特性である。温度補償処理では、Ｂ１に示す振動子１０の周波数温度特性をキャンセルする補償処理が行われる。このためＢ２に示すように、例えば２０ｐｐｍ～４０ｐｐｍというような広い補正範囲で温度補償処理を行う必要がある。一方、温度センサーを用いた温度計測結果には揺らぎがある。例えば図８のＴＴは、真値の温度であり、温度計測結果には、ＴＬ～ＴＨに示すような揺らぎがある。この揺らぎは、外気温の揺らぎや、温度センサーの検出バラツキや、振動子１０への熱伝達の時間差のバラツキや、温度検出信号のＡ／Ｄ変換のバラツキなどによって発生する。そしてＴＬ～ＴＨに示すような温度検出結果の揺らぎが発生すると、この揺らぎに起因する補正誤差ΔＥ１が大きくなる。例えばＢ１に示すような振動子１０の周波数温度特性を、Ｂ２に示すような広い補正範囲で、１回の温度補償処理で補償しようとすると、補正誤差ΔＥ１が起因となって、図５、図６に示すような周波数のマイクロジャンプＦＪＰが発生してしまう。例えばデジタル方式の温度補償処理である第２温度補償処理は、温度検出信号をＡ／Ｄ変換することで得られたデジタルの温度検出データに基づき行われる。このため温度検出信号のＡ／Ｄ変換における量子化誤差があり、図８のＢ１の周波数温度特性に対して直接に第２温度補償処理を行ってしまうと、この量子化誤差による補正誤差が、図８のΔＥ１のように大きくなってしまう。

この点、本実施形態では、回路装置２０により粗調整の第１温度補償処理を行う。このような第１温度補償処理を行うことで、図８のＢ３に示すように、温度変動によるクロック信号ＣＫ１の周波数偏差の絶対値を、－４０℃以上１０５℃以下の温度範囲において例えば１ｐｐｍ以下にすることができる。従って、ＴＬ～ＴＨに示すような温度計測結果の揺らぎが発生した場合にも、補正誤差ΔＥ２を非常に小さくすることが可能になる。即ち本実施形態では、粗調整の第１温度補償処理が行われたクロック信号ＣＫ１を回路装置３０に入力し、回路装置３０において微調整の第２温度補償処理を行って、クロック信号ＣＫ２を生成する。従って、回路装置３０には、図８のＢ３に示すような周波数温度特性のクロック信号ＣＫ１が入力されるため、回路装置３０は、Ｂ２に示すような広い補正範囲で温度補償処理を行う必要がなく、狭い補正範囲で温度補償処理を行えば済むようになる。従って、温度計測結果に揺らぎが発生した場合にも、補正誤差ΔＥ２を小さくできる。例えば温度検出信号のＡ／Ｄ変換における量子化誤差による補正誤差を、図８のΔＥ２のように小さくできるため、クロック周波数の高精度化を図れる。例えば温度変動によるクロック信号ＣＫ２の周波数偏差の絶対値を、温度変動によるクロック信号ＣＫ１の周波数偏差の絶対値よりも十分に小さくすることができる。これにより、クロック信号ＣＫ２の周波数偏差の絶対値を、例えば１００ｐｐｂ以下にすることが可能になる。具体的には図９に示すように、クロック信号ＣＫ２の周波数偏差の絶対値を１０ｐｐｂ以下にすることが可能になり、クロック周波数の高精度化を実現できる。

また本実施形態では図２に示すように、回路装置３０は、回路装置２０の温度センサー２６による温度検出信号ＳＴに基づいて、第２温度補償処理を行う。このようにすれば、例えばデジタル方式の第２温度補償処理を行うことで、回路装置３０が発熱した場合にも、この発熱の悪影響が温度センサー２６の温度検出結果に及ぶのを抑制できるようになる。例えば温度センサー２６と振動子１０との距離を、温度センサー２６と回路装置３０との距離よりも近くすることが可能になり、振動子１０の温度を、温度センサー２６を用いて、より適正に計測できるようになる。例えば温度センサー２６と回路装置３０との距離を遠くすることができるため、回路装置３０の発熱の悪影響が温度センサー２６の温度検出結果に及ぶのを抑制できるようになる。この結果、図５で説明したヒステリシス誤差ＨＹＳを大幅に低減できるようになる。例えば図１０のＣ１は、本実施形態の発振器４において、低い温度から高い温度に上げたときの周波数温度特性であり、Ｃ２は、高い温度から低い温度に下げたときの周波数温度特性である。図１０に示すように、本実施形態の発振器４によれば、図５に比べてヒステリシス誤差を大幅に低減できるようになり、発振器４のクロック周波数の高精度化の実現が可能になる。

３．回路装置
図１１に、第１回路装置である回路装置２０の第１の構成例を示す。図１１に示すように回路装置２０は、振動子１０を発振させることでクロック信号ＣＫ１を生成する発振回路２２と、第１温度補償処理を行う処理回路２４を含む。また図１１では回路装置２０は、温度センサー２６と記憶部５０を含む。記憶部５０は、例えば不揮発性メモリーなどのメモリーにより実現できる。

そして図１１では、処理回路２４は、第１温度補償処理として、振動子１０の周波数温度特性を補償する温度補償用の制御電圧ＶＣを生成して、制御電圧ＶＣを発振回路に出力する。例えば振動子１０の周波数温度特性を多項式近似により補償するための関数の発生処理を、第１温度補償処理として行って、温度補償用の制御電圧ＶＣを発振回路２２に出力する。そして発振回路２２は、例えば振動子１０の一端に電気的に接続される可変容量回路を含み、この可変容量回路の容量値が、制御電圧ＶＣに基づいて制御される。これにより第１温度補償処理が行われたクロック信号ＣＫ１が回路装置２０から出力されるようになる。即ち図８のＢ３に示すように、温度変動による周波数偏差の絶対値が、－４０℃以上１０５℃以下の温度範囲において１ｐｐｍ以下となるようなクロック信号ＣＫ１が出力されるようになる。

具体的には処理回路２４は、温度補償回路２８と制御回路２９を含み、温度補償回路２８は関数発生回路５２を含む。制御回路２９は、記憶部５０からのデータの読み出し制御や、温度補償回路２８の制御を行う。関数発生回路５２は、振動子１０の周波数温度特性を多項式近似により補償するための関数の発生処理を行う。記憶部５０は、多項式近似における多項式の係数データを記憶する。例えば関数発生回路５２は、０次成分発生回路、１次成分発生回路、３次成分発生回路を含む。また関数発生回路５２は高次成分発生回路を含むことができる。高次成分は４次以上の成分である。０次成分発生回路は、記憶部５０から読み出された０次成分用の係数データに基づいて、振動子１０の周波数温度特性の０次成分を近似する０次成分信号を出力する。１次成分発生回路、３次成分発生回路、高次成分発生回路は、各々、記憶部５０から読み出された１次成分用、３次成分用、高次成分用の係数データに基づいて、振動子１０の周波数温度特性の１次成分を近似する１次成分信号、３次成分を近似する３次成分信号、高次成分を近似する高次成分信号を出力する。そして温度補償回路２８は、これらの０次成分信号、１次成分信号、３次成分信号、高次成分信号の加算処理を行うことで、振動子１０の周波数温度特性の補償用の制御電圧ＶＣを生成する。このような構成の図１１の回路装置２０によれば、多項式近似を用いたアナログ方式の第１温度補償処理を実現できるようになる。

図１２に、回路装置２０の第２の構成例を示す。図１２に示すように回路装置２０は、振動子１０を発振させることでクロック信号ＣＫ１を生成する発振回路２２と、第１温度補償処理を行う処理回路２４を含む。また図１２では回路装置２０は、温度センサー２６と記憶部５７とＡ／Ｄ変換回路５８を含む。記憶部５７は、例えば不揮発性メモリーなどのメモリーにより実現できる。Ａ／Ｄ変換回路５８は、温度センサー２６からの温度検出信号ＳＴである温度検出電圧のＡ／Ｄ変換を行って、温度検出データＤＴを処理回路２４に出力する。そして処理回路２４は、第１温度補償処理として、振動子１０の周波数温度特性を補償する温度補償用の制御電圧ＶＣを生成して、制御電圧ＶＣを発振回路に出力する。そして発振回路２２の可変容量回路の容量値が、制御電圧ＶＣに基づいて制御されることで、第１温度補償処理が行われたクロック信号ＣＫ１が回路装置２０から出力されるようになる。

具体的には処理回路２４は、デジタル信号処理回路５６とＤ／Ａ変換回路５４を含む。デジタル信号処理回路５６は、記憶部５７から読み出された温度補償処理用の係数データに基づいて、第１温度補償処理を行う。例えばデジタル信号処理回路５６は、温度に応じて変化する温度検出データＤＴと、多項式近似における多項式の係数データとに基づいて、温度変化があった場合にも振動子１０の発振周波数を一定にするための第１温度補償処理を行って、周波数制御データを生成する。そしてＤ／Ａ変換回路５４は、デジタル信号処理回路５６からの周波数制御データのＤ／Ａ変換を行って、温度補償用の制御電圧ＶＣを発振回路２２に出力する。これにより、第１温度補償処理が行われたクロック信号ＣＫ１が回路装置２０から出力されるようになる。

図１３に、第２回路装置である回路装置３０の第１の構成例を示す。図１３では回路装置３０は、クロック信号生成回路３２と処理回路３４とＡ／Ｄ変換回路６０とレジスター６２を含む。Ａ／Ｄ変換回路６０は、温度検出信号ＳＴのＡ／Ｄ変換を行って、デジタルの温度検出データＤＴを出力する。レジスター６２は、分周比設定値ＶＤＩＶを記憶する。レジスター６２は、例えばフリップフロップ回路などにより実現できる。或いはレジスター６２をＲＡＭなどのメモリーにより実現してもよい。処理回路３４は、温度検出データＤＴに基づいて第２温度補償処理を行って、図１～図４で説明したデジタル信号の周波数設定信号ＦＳＤとして、分周比設定信号ＳＤＩＶをクロック信号生成回路３２に出力する。例えば処理回路３４は、Ａ／Ｄ変換回路６０からの温度検出データＤＴと、レジスター６２からの分周比設定値ＶＤＩＶとに基づいて、第２温度補償処理が行われたクロック信号ＣＫ２を生成させる分周比設定信号ＳＤＩＶを、クロック信号生成回路３２に出力する。

クロック信号生成回路３２は、クロック信号ＣＫ１が基準クロック信号として入力されるＰＬＬ回路４０を含む。ＰＬＬ回路４０は例えばフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路である。そして図１～図４で説明した周波数設定信号ＦＳＤは、ＰＬＬ回路４０が有する分周回路４８の分周比設定信号ＳＤＩＶである。分周回路４８は、分周比設定信号ＳＤＩＶで設定される分周比で分周処理を行う。

このように図１３では、クロック信号生成回路３２は、クロック信号ＣＫ１が基準クロック信号として入力されるフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路４０を含み、周波数設定信号ＦＳＤとして、分周比設定信号ＳＤＩＶが、ＰＬＬ回路４０の分周回路４８に入力される。このようにすれば第２温度補償処理が行われた分周比設定信号ＳＤＩＶをＰＬＬ回路４０の分周回路４８に入力して、クロック信号ＣＫ１の周波数を逓倍するＰＬＬ動作を実現し、クロック信号ＣＫ１の周波数を逓倍した信号に基づくクロック信号ＣＫ２を生成できるようになる。これによりクロック信号ＣＫ１に基づいて、第２温度補償処理が行われたクロック信号ＣＫ２を生成できるようになる。またフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路４０を用いることで、ＰＬＬ回路４０の分周比として整数のみならず分数の設定も可能になり、任意の周波数のクロック信号ＣＫ２を生成することが可能になる。

次に図１３の回路装置３０の構成について更に詳細に説明する。図１３では、クロック信号生成回路３２は、ＰＬＬ回路４０と出力回路３３を含む。

出力回路３３は、ＰＬＬ回路４０が出力するクロック信号ＣＫＱに基づいてクロック信号ＣＫ２を出力する。例えば出力回路３３は、不図示の分周回路を含み、この分周回路によりクロック信号ＣＫＱの分周を行うことで、クロック信号ＣＫ２の周波数を可変に設定できるようになっている。これにより、クロック信号ＣＫ２の周波数をユーザーが所望する周波数に設定できる。また出力回路３３は、例えばＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）、ＰＥＣＬ（Positive Emitter Coupled Logic）、ＨＣＳＬ（High Speed Current Steering Logic）、又は差動のＣＭＯＳ（Complementary MOS）などの信号形式で、クロック信号ＣＫ２を外部に出力する。例えば出力回路３３は、ＬＶＤＳ、ＰＥＣＬ、ＨＣＳＬ及び差動のＣＭＯＳのうちの少なくとも２つの信号形式でクロック信号ＣＫ２を出力可能な回路であってもよい。この場合には出力回路３３は、処理回路３４により設定された信号形式でクロック信号ＣＫ２を出力することになる。

ＰＬＬ回路４０は、クロック信号ＣＫ１が基準クロック信号として入力され、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）の動作を行う。例えばＰＬＬ回路４０は、クロック信号ＣＫ１の周波数を逓倍した周波数のクロック信号ＣＫＱを生成する。即ちクロック信号ＣＫ１に位相同期した高精度のクロック信号ＣＫＱを生成する。ＰＬＬ回路４０は、位相比較回路４２と制御電圧生成回路４４と電圧制御発振回路４６と分周回路４８を含む。

位相比較回路４２は、基準クロック信号であるクロック信号ＣＫ１とフィードバッククロック信号ＦＢＣＫとの間の位相比較を行う。例えば位相比較回路４２は、クロック信号ＣＫ１とフィードバッククロック信号ＦＢＣＫの位相を比較し、クロック信号ＣＫ１とフィードバッククロック信号ＦＢＣＫの位相差に応じた信号ＣＱを位相比較結果の信号として出力する。位相差に応じた信号ＣＱは、例えば位相差に比例したパルス幅のパルス信号である。

制御電圧生成回路４４は、位相比較回路４２での位相比較の結果に基づいて、制御電圧ＶＣ２を生成する。例えば制御電圧生成回路４４は、位相比較回路４２からの位相比較結果の信号ＣＱに基づいて、チャージポンプ動作やフィルター処理を行って、電圧制御発振回路４６の発振を制御する制御電圧ＶＣ２を生成する。

ＶＣＯ（Voltage controlled oscillator）である電圧制御発振回路４６は、制御電圧ＶＣ２に対応する周波数のクロック信号ＣＫＱを生成する。例えば制御電圧生成回路４４からの制御電圧ＶＣ２に基づいて発振動作を行って、クロック信号ＣＫＱを生成する。例えば電圧制御発振回路４６は、制御電圧ＶＣ２に応じて変化する周波数のクロック信号ＣＫＱを発振動作により生成する。一例としては、電圧制御発振回路４６は、バラクターなどの可変容量素子を有し、この可変容量素子の容量が制御電圧ＶＣ２に基づいて変化することで、電圧制御発振回路４６の発振動作により生成される発振信号であるクロック信号ＣＫＱの周波数が変化する。なお電圧制御発振回路４６としては、例えばインダクターを用いるＬＣ発振回路などを用いることができる。

分周回路４８は、クロック信号ＣＫＱを分周してフィードバッククロック信号ＦＢＣＫを出力する。例えば分周回路４８は、クロック信号ＣＫＱの周波数を、分周比設定信号ＳＤＩＶにより設定される分周比で分周した周波数の信号を、フィードバッククロック信号ＦＢＣＫとして出力する。例えば電圧制御発振回路４６の発振の周波数をｆｖｃｏとし、分周回路４８の分周動作の分周比をＤＩＶとした場合に、フィードバッククロック信号ＦＢＣＫの周波数は、ｆｖｃｏ／ＤＩＶになる。そして位相比較回路４２は、前述のように、クロック信号ＣＫ１と、分周回路４８からのフィードバッククロック信号ＦＢＣＫの位相比較を行う。

このような位相比較回路４２、制御電圧生成回路４４、電圧制御発振回路４６、分周回路４８を有する構成のＰＬＬ回路４０を用いることで、クロック信号ＣＫ１に位相同期したクロック信号ＣＫＱを生成し、クロック信号ＣＫＱに基づく高精度のクロック信号ＣＫ２を生成して出力できるようになる。

また本実施形態では、処理回路３４は、デルタシグマ変調回路３６と演算回路３８を含む。このデルタシグマ変調回路３６によりデルタシグマ変調を行うことで、ＰＬＬ回路４０がフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路として動作するようになる。また演算回路３８は、Ａ／Ｄ変換回路６０からの温度検出データＤＴと、レジスター６２からの分周比設定値ＶＤＩＶに基づいて、第２温度補償処理を行う。分周比設定値ＶＤＩＶはＰＬＬ回路４０の分周比を設定するためのデータである。デルタシグマ変調回路３６は、演算回路３８の演算結果である演算値に対して、デルタシグマ変調を行い、分周回路４８の分周比を設定する分周比設定信号ＳＤＩＶを出力する。

例えば図１３では、分周回路４８とデルタシグマ変調回路３６とによりフラクショナル分周器が構成される。フラクショナル分周器は、ＰＬＬ回路４０の逓倍率の逆数を分周比としてクロック信号ＣＫＱを分周し、分周後のクロック信号をフィードバッククロック信号ＦＢＣＫとして位相比較回路４２に出力する。デルタシグマ変調回路３６は、分周比の小数部の値をデルタシグマ変調して、整数である変調値を生成する。例えばデルタシグマ変調回路３６は３次や４次のデルタシグマ変調処理を行う。そして分周比の整数部の値と変調値の加算値が、分周比設定信号ＳＤＩＶとして分周回路４８に設定される。これによりフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路４０が実現される。

具体的には、デルタシグマ変調回路３６は、分数分周比Ｌ／Ｍを積分して量子化するデルタシグマ変調を行い、デルタシグマ変調信号を生成する。そしてデルタシグマ変調回路３６は、デルタシグマ変調信号と整数分周比Ｎとを加減算する処理を行い、加減算後の出力信号が分周回路４８に入力される。この加減算後の出力信号は、整数分周比Ｎの付近の範囲の複数の整数分周比が時系列に変化し、その時間平均値はＮ＋Ｌ／Ｍに一致する。このＮ＋Ｌ／Ｍが、処理回路３４からの分周比設定信号ＳＤＩＶにより設定される。例えば前述したように、クロック信号ＣＫＱの周波数をｆｖｃｏとし、クロック信号ＣＫ１及びフィードバッククロック信号ＦＢＣＫの周波数である位相比較周波数をｆｐｆｄとする。この場合に、基準クロック信号であるクロック信号ＣＫ１の位相とフィードバッククロック信号ＦＢＣＫの位相が同期した定常状態では、ｆｖｃｏ＝（Ｎ＋Ｌ／Ｍ）×ｆｐｆｄの関係式が成り立つ。このような構成のフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路４０を用いることで、Ｎ＋Ｌ／Ｍで表される分周比でクロック信号ＣＫ１を逓倍したクロック信号ＣＫＱを生成できるようになる。

演算回路３８は、温度検出データＤＴに基づいて第２温度補償処理を行って、温度補償値を生成する。そして演算回路３８は、分周比設定値ＶＤＩＶと温度補償値の加算処理を行って、演算値を求め、求められた演算値を演算結果としてデルタシグマ変調回路３６に出力する。デルタシグマ変調回路３６は、この演算値に対してデルタシグマ変調を行って、分周比設定信号ＳＤＩＶを生成し、分周回路４８に出力する。

このようにすれば、フラクショナル分周器を実現できると共に、温度変化によるクロック信号ＣＫ２の周波数の変動を抑制する第２温度補償処理を実現できるようになる。しかも本実施形態によれば、フラクショナル分周器を実現するフラクショナル分周処理と、温度補償処理とを、処理回路３４におけるデジタル演算処理により一括して実行できる。従って、回路装置３０の回路規模の増加等の抑制を図りながら、フラクショナル分周処理と温度補償処理を実現できるようになる。

図１４に回路装置３０の第２の構成例を示す。図１４が図１３と異なるのは、図１４では処理回路３４がニューラルネットワーク演算回路３９を有し、記憶部３５がニューラルネットワーク演算用の学習済みモデルの情報を記憶する点である。即ち図１４は図４で説明した構成例に対応するものであり、回路装置３０は、学習済みモデルの情報を記憶する記憶部３５を含み、処理回路３４は、学習済みモデルに基づいて第２温度補償処理を行う。なお学習済みモデルに基づいて第２温度補償処理を行う場合には、複数の温度センサーからの温度検出信号に基づいてニューラルネットワーク演算を行うことが望ましい。例えば回路装置２０に設けられる１又は複数の温度センサー２６や、１又は複数の外部温度センサー２７や、或いは回路装置３０に設けられる１又は複数の温度センサーなどからの温度検出信号に基づいてニューラルネットワーク演算を行う。

ニューラルネットワークは、脳機能を計算機上でシミュレーションする数学モデルであり、入力層と中間層と出力層を有する。入力層は、入力値を出力するニューロンである。中間層以降の各ニューロンでは、脳の中で電気信号として情報が伝達される様子を模した演算が行われる。脳では、シナプスの結合強度に応じて情報の伝わりやすさが変わるため、ニューラルネットワークでは当該結合強度を重みで表現する。またニューロンでの演算では、非線形関数である活性化関数が用いられる。活性化関数としては例えばＲｅＬＵ関数やシグモイド関数などが用いられる。そして、それぞれのニューロンでは、当該ニューロンに接続される１つ前の層の各ニューロンの出力を重みを用いて積和する演算を行い、バイアスを加算し、活性化関数を適用する演算を行う。そして出力層での演算結果が、当該ニューラルネットワークの出力になる。

ニューラルネットワークにおいて、入力から所望の出力を得るためには、適切な重みとバイアスを設定する必要がある。なお、以下では重みを重み付け係数とも表記する。重み付け係数にはバイアスが含まれてもよいものとする。学習では、入力と、当該入力での正しい出力とを対応付けたデータセットを用意しておく。正しい出力は教師データである。ニューラルネットワークの学習処理とは、当該データセットに基づいて、最も確からしい重み付け係数を求める処理と考えることが可能である。ニューラルネットワークの学習処理としては、例えば誤差逆伝播法などを用いることができる。誤差逆伝播法では、フォワードパスとバックワードパスを繰り返すことで、パラメーターを更新して行く。ここでのパラメーターとは、重み付け係数である。

そして本実施形態において、ニューラルネットワークの入力は、温度検出データである。この場合に、複数の温度センサーによる複数の温度検出データを、入力とすることが望ましい。また記憶部３５には、学習済みモデルの情報として、例えばニューラルネットワークの重み付け係数の情報が記憶されている。学習済みモデルは、入力層と中間層と出力層とを有し、温度検出データと温度補償値とを対応付けたデータセットに基づき、重み付け係数の情報が設定されている。ニューラルネットワーク演算回路３９は、温度検出データを学習済モデルの入力層の入力として、記憶部３５に記憶される重み付け係数の情報に基づく演算を行い、学習済みモデルの出力層の出力として温度補償値が出力されるように、ニューラルネットワーク演算を行う。この場合に例えば製造、出荷時における学習段階においては、各温度におけるクロック周波数を測定し、測定されたクロック周波数に基づいて、温度変化に対してクロック周波数を一定にするための温度補償値を求める。そして温度補償値と、各温度に対応する温度検出データとを対応づけたデータセットに基づいて、重み付け係数の情報を設定して、学習済みモデルの情報として、記憶部３５に書き込む。こうすることで、学習済みモデルに基づく第２温度補償処理を実現できるようになる。なお、本実施形態における機械学習はニューラルネットワークを用いる手法に限定されず、例えばＳＶＭ（support vector machine）などの広く知られた種々の方式の機械学習、或いはそれらの方式を発展させた方式の機械学習を適用することが可能である。

図１４のように学習済みモデルに基づくニューラルネットワーク演算により第２温度補償処理を行うことで、より正確で適切な第２温度補償処理の実現が可能になる。例えば製造のプロセス変動や回路特性の変動による悪影響を抑制した第２温度補償処理の実現が可能になる。

図１５に回路装置３０の第３の構成例を示す。図１５では、クロック信号生成回路３２はダイレクトデジタルシンセサイザー６８を含む。ダイレクトデジタルシンセサイザー６８は、クロック信号ＣＫ１を基準クロック信号として、周波数設定信号ＦＳＤにより設定される周波数のクロック信号ＣＫ２を生成する。

具体的には図１５では処理回路３４は演算回路６４と加算器６６を含む。演算回路６４には、温度検出信号ＳＴをＡ／Ｄ変換回路６０によりＡ／Ｄ変換することで得られた温度検出データＤＴが入力される。そして演算回路６４は、温度検出データＤＴに基づいて温度補償値を求める演算処理を行って、温度補償値を加算器６６に出力する。この場合の温度補償値の演算処理は、図４、図１４で説明した学習済みモデルに基づくニューラルネットワーク演算などの演算処理により実現してもよい。そして加算器６６は、周波数設定値ＶＦＳＤに対して温度補償値を加算する処理を行って、周波数設定信号ＦＳＤをクロック信号生成回路３２に出力する。クロック信号生成回路３２のダイレクトデジタルシンセサイザー６８は、周波数設定信号ＦＳＤにより設定される周波数のクロック信号ＣＫ２を生成する。出力回路３３は、生成されたクロック信号ＣＫ２を、ＬＶＤＳ、ＰＥＣＬ、ＨＣＳＬ又は差動のＣＭＯＳなどの信号形式で外部に出力する。

ダイレクトデジタルシンセサイザー６８は、基準クロック信号に基づいて、任意の周波数のクロック信号をデジタル的に生成する回路である。ここでは基準クロック信号はクロック信号ＣＫ１である。ダイレクトデジタルシンセサイザー６８は、例えば積算ブロックである位相アキュムレーターと波形信号生成回路を含む。位相アキュムレーターは、１サイクル分の動作として、基準クロック信号に同期して積算設定値を積算して行く。この積算設定値によりクロック周波数が設定される。波形信号生成回路は、例えば波形メモリーとＤ／Ａ変換回路を含むことができる。位相アキュムレーターでの積算結果が、波形メモリーのアドレスとなり、これにより周波数設定信号ＦＳＤに対応するクロック周波数のクロック波形が生成されるようになる。

図１５のようなダイレクトデジタルシンセサイザー６８を用いることで、周波数設定値ＶＦＳＤで設定される任意の周波数のクロック信号ＣＫ２を生成できるようになる。そして処理回路３４が第２温度補償処理を行うことで、温度補償された高精度のクロック信号ＣＫ２を生成することが可能になる。

４．発振器の構造例
次に発振器４の構造例について説明する。図１６に発振器４の第１の構造例を示す。図１６は発振器４の構造を模式的に示す断面図である。本実施形態では発振器４は、振動子１０と回路装置２０と回路装置３０を含む。また発振器４は、振動子１０及び回路装置２０を収容するパッケージ１５と、パッケージ１５及び回路装置３０を収容するパッケージ５を含む。パッケージ１５、パッケージ５は、各々、第１パッケージ、第２パッケージである。第１パッケージ、第２パッケージは第１容器、第２容器と言うこともできる。

そして本実施形態では、パッケージ１５に収容される回路装置２０が第１温度補償処理を行い、パッケージ５に収容される回路装置３０が第２温度補償処理を行う。例えば振動子１０及び回路装置２０がパッケージ１５に収容されることで、例えばアナログ方式の第１温度補償処理を行う温度補償型の発振器１４が構成される。そして、アナログ方式の第１温度補償処理を行う発振器１４と、デジタル方式の第２温度補償処理を行う回路装置３０とがパッケージ５に収容されることで、高精度のクロック信号を生成する発振器４が構成される。回路装置３０は、デジタル方式で微調整の第２温度補償処理を行う補正ＩＣと呼ぶこともできる。

具体的にはパッケージ５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いる。この収容空間に、振動子１０及び回路装置２０がパッケージ１５に収容された発振器１４と、回路装置３０とが収容されている。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５により、回路装置３０及び発振器１４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５はベース６とリッド７を有する。具体的にはパッケージ５は、発振器１４及び回路装置３０を支持するベース６と、ベース６との間に収容空間を形成するようにベース６の上面に接合されたリッド７とにより構成されている。ベース６は、その内側に、上面に開口する第１凹部と、第１凹部の底面に開口する第２凹部を有する。回路装置３０は、第１凹部の底面に支持されている。例えば回路装置３０は、端子電極を介して底面の段差部に支持されている。また発振器１４は、第２凹部の底面に支持されている。例えば発振器１４は、端子電極を介して底面の段差部に支持されている。またベース６は、第２凹部の底面に開口する第３凹部を有しており、この第３凹部に回路部品１２が配置される。配置される回路部品１２としては、例えばコンデンサーや、図３で説明した外部温度センサー２７などを想定できる。

回路装置３０は、例えばボンディングワイヤーＢＷや、段差部に形成された端子電極や、パッケージ５の内部配線を介して、発振器１４の端子に電気的に接続される。これにより発振器１４からのクロック信号ＣＫ１や温度検出信号ＳＴを回路装置３０に入力できるようになる。また回路装置３０は、ボンディングワイヤーＢＷや、段差部に形成された端子電極や、パッケージ５の内部配線を介して、発振器４の外部端子８、９に電気的に接続される。外部端子８、９は、パッケージ５の外側底面に形成されている。外部端子８、９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。これにより回路装置３０と外部デバイスの間の電気的な接続が可能になり、外部デバイスに対してクロック信号ＣＫ２などを出力できるようになる。なお発振器１４の端子と外部端子８、９を電気的に接続するようにしてもよい。

図１６では、発振器１４は回路装置３０の下方に配置されている。例えば回路装置３０の基板に直交しパッケージ５の底面に向かう方向をＤＡ１とし、方向ＤＡ１に直交する方向を方向ＤＡ２とする。回路装置３０の基板は半導体基板である。この場合に、発振器１４は回路装置３０の方向ＤＡ１に配置される。回路部品１２は発振器１４の方向ＤＡ１に配置される。回路装置３０は、方向ＤＡ２を基板の長手方向として配置される。

そして図１５では、回路装置３０は、温度センサー２６による温度検出信号ＳＴに基づいて第１温度補償処理を行い、温度センサー２６と振動子１０との距離Ｌ１は、温度センサー２６と回路装置３０との距離Ｌ２よりも近くなっている。例えば温度センサー２６は、半導体チップである回路装置２０に形成され、振動子１０は、その主面が回路装置２０の主面に対向するように配置されている。そして距離Ｌ１は、方向ＤＡ１での温度センサー２６と振動子１０との距離であり、例えば方向ＤＡ１での温度センサー２６と振動子１０の最短距離である。また距離Ｌ２は、方向ＤＡ１での温度センサー２６と回路装置３０との距離であり、例えば方向ＤＡ１での温度センサー２６と回路装置３０の最短距離である。

このように距離Ｌ１を距離Ｌ２よりも短くすることで、温度センサー２６により振動子１０の温度を、より正確に計測することが可能になる。例えば回路装置３０は、デジタル方式の第２温度補償処理を行ったり、ＰＬＬ回路４０やダイレクトデジタルシンセサイザー６８により高速なクロック信号を生成するため、高い熱を発生する発熱源になる。従って、回路装置３０と温度センサー２６との距離Ｌ２が短いと、発熱源である回路装置３０からの熱が、温度センサー２６による振動子１０の温度計測に悪影響を及ぼす。

この点、本実施形態では、距離Ｌ１が短く、距離Ｌ２が長くなるため、回路装置３０の発熱が温度計測に与える悪影響を低減できる。更に本実施形態では、振動子１０及び回路装置２０がパッケージ１５に収容されることで、回路装置３０からの熱の伝達を、パッケージ１５により熱遮断することが可能になる。従って、回路装置３０の発熱が温度計測に与える悪影響を更に低減することが可能になる。これにより、図１０に示すようにヒステリシス誤差を大幅に低減できる。

図１７に発振器４の第２の構造例を示す。図１７では、パッケージ５の底面に補正用の回路装置３０が配置され、回路装置３０の上方に発振器１４が配置されている。例えば図１６では、回路装置３０の下方である方向ＤＡ１に発振器１４が配置されていたが、図１７では、方向ＤＡ１の反対方向に発振器１４が配置されている。また図１７では発振器１４は、図１６とは上下方向が逆になるように配置されており、発振器１４の底面の端子がボンディングワイヤーＢＷを介して回路装置３０のパッドである端子に電気的に接続されている。また回路装置３０の端子は、ボンディングワイヤーＢＷや端子電極やパッケージ５の内部配線を介して外部端子８、９に電気的に接続される。そして図１７の第２の構造例においても、温度センサー２６と振動子１０との距離Ｌ１は、温度センサー２６と回路装置３０との距離Ｌ２よりも近くなっている。これにより、温度センサー２６による振動子１０の正確な温度計測が可能になる。

図１８に発振器４の第３の構造例を示す。図１８では、発振器１４の方向ＤＡ２に回路装置３０が配置されている。例えば発振器４の上面視において発振器１４と回路装置３０が方向ＤＡ２に並ぶように配置されている。そして図１８の第３の構造例においても、温度センサー２６と振動子１０との距離Ｌ１は、温度センサー２６と回路装置３０との距離Ｌ２よりも近くなっており、温度センサー２６による振動子１０の正確な温度計測が可能になっている。なお発振器４のコンパクト化という観点では、図１８の第３の構造例よりも図１６、図１７の第１、第２の構造例の方が望ましい。

図１９に発振器１４の構造例を示す。発振器１４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のパッドである端子にバンプ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が電気的な接続される。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１４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。そして図１６、図１７、図１８に示すように、発振器１４の外部端子１８、１９は、ボンディングワイヤーＢＷや内部配線や端子電極を介して回路装置３０に電気的に接続される。これにより発振器１４からのクロック信号ＣＫ１や温度検出信号ＳＴを回路装置３０に入力できるようになる。

なお図１９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。この実装によれば、図１６、図１７、図１８に示すように回路装置２０の能動面に形成された温度センサー２６が振動子１０に対向するようになる。また以上では、振動子１０及び回路装置２０を発振器１４のパッケージ１５に収容し、発振器１４及び回路装置３０をパッケージ５に収容するダブルシールド構造について説明した。しかしながら本実施形態の発振器４の構造はこれに限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば振動子１０と回路装置２０と回路装置３０を１つのパッケージ５に収容するシングルシールド構造を採用するようにしてもよい。

５．電子機器、移動体
図２０に、本実施形態の発振器４を含む電子機器５００の構成例を示す。電子機器５００は、発振器４と、発振器４からのクロック信号ＣＫ２に基づいて動作する処理装置５２０を含む。また電子機器５００は、アンテナＡＮＴ、通信インターフェース５１０、操作インターフェース５３０、表示部５４０、メモリー５５０を含むことができる。なお電子機器５００は図２０の構成に限定されず、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するなどの種々の変形実施が可能である。

電子機器５００は、例えば基地局又はルーター等のネットワーク関連機器、距離、時間、流速又は流量等の物理量を計測する高精度の計測機器、生体情報を測定する生体情報測定機器、或いは車載機器などである。生体情報測定機器は例えば超音波測定装置、脈波計又は血圧測定装置等である。車載機器は自動運転用の機器等である。また電子機器５００は、頭部装着型表示装置や時計関連機器などのウェアラブル機器、ロボット、印刷装置、投影装置、スマートフォン等の携帯情報端末、コンテンツを配信するコンテンツ提供機器、或いはデジタルカメラ又はビデオカメラ等の映像機器などであってもよい。

また電子機器５００としては、５Ｇなどの次世代移動通信システムに用いられる機器がある。例えば次世代移動通信システムの基地局、リモートレディオヘッド（ＲＲＨ）又は携帯通信端末などの種々の機器に本実施形態の発振器４を用いることができる。次世代移動通信システムでは、時刻同期等のために高精度のクロック周波数が要望されており、例えば１０ｐｐｂ以下の周波数偏差を実現できる本実施形態の発振器４の適用例として好適である。

通信インターフェース５１０は、アンテナＡＮＴを介して外部からデータを受信したり、外部にデータを送信する処理を行う。プロセッサーである処理装置５２０は、電子機器５００の制御処理や、通信インターフェース５１０を介して送受信されるデータの種々のデジタル処理などを行う。処理装置５２０の機能は、例えばマイクロコンピューターなどのプロセッサーにより実現できる。操作インターフェース５３０は、ユーザーが入力操作を行うためのものであり、操作ボタンやタッチパネルディスプレイなどにより実現できる。表示部５４０は、各種の情報を表示するものであり、液晶や有機ＥＬなどのディスプレイにより実現できる。メモリー５５０は、データを記憶するものであり、その機能はＲＡＭやＲＯＭなどの半導体メモリーにより実現できる。

図２１に、本実施形態の発振器４を含む移動体の例を示す。移動体は、発振器４と、発振器４からのクロック信号ＣＫ２に基づき動作する処理装置２２０を含む。本実施形態の発振器４は、例えば、車、飛行機、バイク、自転車、或いは船舶等の種々の移動体に組み込むことができる。移動体は、例えばエンジンやモーター等の駆動機構、ハンドルや舵等の操舵機構、各種の電子機器を備えて、地上や空や海上を移動する機器・装置である。図２１は移動体の具体例としての自動車２０６を概略的に示している。自動車２０６には、本実施形態の発振器４が組み込まれる。制御装置２０８は、発振器４と、発振器４により生成されたクロック信号ＣＫ２に基づき動作する処理装置２２０を含む。制御装置２０８は、例えば車体２０７の姿勢に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪２０９のブレーキを制御する。例えば制御装置２０８により、自動車２０６の自動運転を実現してもよい。なお本実施形態の発振器４が組み込まれる機器は、このような制御装置２０８には限定されず、自動車２０６等の移動体に設けられるメーターパネル機器やナビゲーション機器などの種々の車載機器に組み込むことが可能である。

以上に説明したように本実施形態の発振器は、振動子と、振動子に電気的に接続される第１回路装置と、第２回路装置を含む。第１回路装置は、振動子を発振させることで、第１クロック信号を生成すると共に、第１クロック信号の周波数を温度補償する第１温度補償処理を行う。第２回路装置は、第１回路装置からの第１クロック信号が入力され、第１クロック信号に基づいて第２クロック信号を生成すると共に、第２クロック信号の周波数を温度補償する第２温度補償処理を行う。

本実施形態によれば、振動子を発振させる第１回路装置が第１温度補償処理を行うことで、第１回路装置から出力される第１クロック信号の周波数温度特性での周波数変動量を小さくできる。そして第２回路装置が、第１回路装置からの第１クロック信号に基づいて第２クロック信号を生成する際に第２温度補償処理を行う。このように第１回路装置により第１温度補償処理を行った後に、第２回路装置により第２温度補償処理を行うことで、温度計測結果の揺らぎなどを原因とする周波数のマイクロジャンプを小さくすることなどが可能になり、発振器のクロック周波数の高精度化等を実現できるようになる。

また第１回路装置は、温度センサーを有し、温度センサーによる温度検出信号に基づいて第１温度補償処理を行ってもよい。

このように第１回路装置に内蔵される温度センサーを用いて第１温度補償処理を行うことで、振動子の周波数温度特性の適正な温度補償が可能になる。

また本実施形態では、温度センサーと振動子との距離は、温度センサーと第２回路装置との距離よりも短くてもよい。

このように、温度センサーと振動子との距離を、温度センサーと第２回路装置との距離よりも近くすることで、振動子についての温度を、温度センサーを用いて、より正確に計測することが可能になる。

また本実施形態では第２回路装置は、温度センサーによる温度検出信号が入力され、温度検出信号に基づいて第２温度補償処理を行ってもよい。

このようにすれば、第１回路装置での第１温度補償処理と、第２回路装置での第２温度補償処理を、同じ温度センサーからの温度検出信号に基づいて行うことが可能になるため、より適正な温度補償処理を実現できる。

また本実施形態では第２回路装置は、第１回路装置及び第２回路装置の外部に設けられた外部温度センサーによる温度検出信号が入力され、温度検出信号に基づいて第２温度補償処理を行ってもよい。

このようにすれば、外部温度センサーを温度計測に適切な場所に配置することなどにより、適切な温度計測が可能になる。

また本実施形態では、温度変動による第２クロック信号の周波数偏差の絶対値は、温度変動による第１クロック信号の周波数偏差の絶対値よりも小さくてもよい。

このようにすれば、粗調整の第１温度補償処理の後に微調整の第２温度補償処理を行って、周波数偏差の絶対値が小さい高精度の第２クロック信号を、発振器から出力できるようになる。

また本実施形態では、温度変動による第１クロック信号の周波数偏差の絶対値は、－４０℃以上１０５℃以下の温度範囲において１ｐｐｍ以下であってもよい。

このようにすれば、周波数偏差の絶対値が例えば１ｐｐｍ以下となる粗調整の第１温度補償処理が行われた第１クロック信号を第２回路装置に入力し、第２回路装置において第２温度補償処理を行って、高精度の第２クロック信号を生成できるようになる。

また本実施形態では、第１回路装置は、振動子を発振させることで、第１クロック信号を生成する発振回路と、第１温度補償処理を行う第１処理回路を含んでもよい。また第２回路装置は、第１回路装置からの第１クロック信号に基づいて、周波数設定信号により設定される周波数の第２クロック信号を生成するクロック信号生成回路と、周波数設定信号を出力する第２処理回路を含んでもよい。

このような構成にすることで、振動子を発振させて第１クロック信号を生成する処理と第１クロック信号の周波数を温度補償する第１温度補償処理を、第１回路装置に行わせることが可能になる。また第１クロック信号に基づき第２クロック信号を生成する処理と、第２クロック信号の周波数を温度補償する第２温度補償処理を、第２回路装置に行わせる可能になる。

また本実施形態では、第１処理回路は、第１温度補償処理として、振動子の周波数温度特性を補償する温度補償用の制御電圧を生成して、制御電圧を発振回路に出力してもよい。また第２処理回路は、第２温度補償処理として、デジタル信号である周波数設定信号をクロック信号生成回路に出力してもよい。

このようにすれば、第１温度補償処理により生成された制御電圧に基づいて、発振回路の発振周波数が制御されることで、振動子の周波数温度特性を補償する第１温度補償処理が行われた第１クロック信号を生成できるようになる。そして、この第１クロック信号と、第２温度補償処理により生成された周波数設定信号がクロック信号生成回路に入力されることで、第２温度補償処理が行われた第２クロック信号を生成できるようになる。

また本実施形態では、第２回路装置は、学習済みモデルの情報を記憶する記憶部を含み、第２処理回路は、学習済みモデルの情報に基づいて第２温度補償処理を行ってもよい。

このように学習済みモデルの情報を用いて、第２温度補償処理を行うことで、より正確で適切な第２温度補償処理の実現が可能になる。

また本実施形態では、クロック信号生成回路は、第１クロック信号が基準クロック信号として入力されるフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路を含み、周波数設定信号は、ＰＬＬ回路が有する分周回路の分周比データであってもよい。

このようにすれば、第２温度補償処理が行われた分周比設定信号をＰＬＬ回路の分周回路に設定して、第１クロック信号の周波数を逓倍した信号に基づく第２クロック信号を生成できるようになり、第１クロック信号に基づいて、第２温度補償処理が行われた第２クロック信号を生成できるようになる。

また本実施形態では、ＰＬＬ回路は、基準クロック信号である第１クロック信号と分周回路からのフィードバッククロック信号との位相比較を行う位相比較回路と、位相比較の結果に基づいて、制御電圧を生成する制御電圧生成回路と、制御電圧に対応する周波数のクロック信号を生成する電圧制御発振回路を含んでもよい。

このような構成のＰＬＬ回路を用いることで、第１クロック信号に位相同期したＰＬＬのクロック信号を生成し、このＰＬＬのクロック信号に基づく高精度の第２クロック信号を生成できるようになる。

また本実施形態では、クロック信号生成回路は、第１クロック信号を基準クロック信号として、周波数設定信号により設定される周波数の第２クロック信号を生成するダイレクトデジタルシンセサイザーを含んでもよい。

このようなダイレクトデジタルシンセサイザーを用いることで、周波数設定信号により設定される任意の周波数の第２クロック信号を生成できるようになる。そして処理回路が第２温度補償処理を行うことで、温度補償された高精度の第２クロック信号を生成することが可能になる。

また本実施形態では、振動子及び第１回路装置を収容する第１パッケージと、第１パッケージ及び第２回路装置を収容する第２パッケージを含んでもよい。

このように、振動子及び第１回路装置が第１パッケージに収容されることで、例えば第２回路装置などの、第１パッケージの外部の熱源からの熱の伝達を、第１パッケージにより熱遮断することが可能になり、第１パッケージの外部の熱源からの熱が温度計測に与える悪影響を低減できる。

また本実施形態は、上記に記載の発振器と、発振器からの第２クロック信号に基づいて動作する処理装置とを含む電子機器に関係する。

また本実施形態は、上記に記載の発振器と、発振器からの第２クロック信号に基づいて動作する処理装置とを含む移動体に関係する。

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。また発振器、振動子、第１回路装置、第２回路装置、発振回路、第１処理回路、クロック信号生成回路、第２処理回路、電子機器、移動体の構成・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。

ＣＫ１、ＣＫ２…クロック信号、ＶＣ、ＶＣ２…制御電圧、ＦＳＤ…周波数設定信号、
ＳＴ…温度検出信号、ＤＴ…温度検出データ、ＳＤＩＶ…分周比設定信号、
ＶＤＩＶ…分周比設定値、ＶＦＳＤ…周波数設定値、
ＦＢＣＫ…フィードバッククロック信号、ＣＫＱ…クロック信号、Ｌ１、Ｌ２…距離、
ＢＷ…ボンディングワイヤー、ＢＭＰ…バンプ、ＡＮＴ…アンテナ、
４…発振器、５…パッケージ、６…ベース、７…リッド、８、９…外部端子、
１０…振動子、１２…回路部品、１４…発振器、１５…パッケージ、
１６…ベース、１７…リッド、１８、１９…外部端子、
２０…回路装置、２２…発振回路、２４…処理回路、２６…温度センサー、
２７…外部温度センサー、２８…温度補償回路、２９…制御回路、
３０…回路装置、３２…クロック信号生成回路、３３…出力回路、
３４…処理回路、３５…記憶部、３６…デルタシグマ変調回路、３８…演算回路、
３９…ニューラルネットワーク演算回路、４０…ＰＬＬ回路、４２…位相比較回路、
４４…制御電圧生成回路、４６…電圧制御発振回路、４８…分周回路、
５０…記憶部、５２…関数発生回路、５４…Ｄ／Ａ変換回路、
５６…デジタル信号処理回路、５７…記憶部、５８…Ａ／Ｄ変換回路、
６０…Ａ／Ｄ変換回路、６２…レジスター、６４…演算回路、６６…加算器、
６８…ダイレクトデジタルシンセサイザー、
２０６…自動車、２０７…車体、２０８…制御装置、
２０９…車輪、２２０…処理装置、
５００…電子機器、５１０…通信インターフェース、５２０…処理装置、
５３０…操作インターフェース、５４０…表示部、５５０…メモリー

本発明は、発振器等に関する。

Claims (16)

1. 振動子と、
   前記振動子に電気的に接続される第１回路装置と、
   第２回路装置と、
   を含み、
   前記第１回路装置は、前記振動子を発振させることで、第１クロック信号を生成すると共に、前記第１クロック信号の周波数を温度補償する第１温度補償処理を行い、
   前記第２回路装置は、前記第１回路装置からの前記第１クロック信号が入力され、前記第１クロック信号に基づいて第２クロック信号を生成すると共に、前記第２クロック信号の周波数を温度補償する第２温度補償処理を行うことを特徴とする発振器。
2. 請求項１に記載の発振器において、
   前記第１回路装置は、
   温度センサーを有し、前記温度センサーによる温度検出信号に基づいて前記第１温度補償処理を行うことを特徴とする発振器。
3. 請求項２に記載の発振器において、
   前記温度センサーと前記振動子との距離は、前記温度センサーと前記第２回路装置との距離よりも近いことを特徴とする発振器。
4. 請求項２又は３に記載の発振器において、
   前記第２回路装置は、
   前記温度センサーによる前記温度検出信号が入力され、前記温度検出信号に基づいて前記第２温度補償処理を行うことを特徴とする発振器。
5. 請求項１に記載の発振器において、
   前記第２回路装置は、
   前記第１回路装置及び前記第２回路装置の外部に設けられた外部温度センサーによる温度検出信号が入力され、前記温度検出信号に基づいて前記第２温度補償処理を行うことを特徴とする発振器。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発振器において、
   温度変動による前記第２クロック信号の周波数偏差の絶対値は、前記温度変動による前記第１クロック信号の周波数偏差の絶対値よりも小さいことを特徴とする発振器。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発振器において、
   温度変動による前記第１クロック信号の周波数偏差の絶対値は、－４０℃以上１０５℃以下の温度範囲において１ｐｐｍ以下であることを特徴とする発振器。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発振器において、
   前記第１回路装置は、
   前記振動子を発振させることで、前記第１クロック信号を生成する発振回路と、
   前記第１温度補償処理を行う第１処理回路と、
   を含み、
   前記第２回路装置は、
   前記第１回路装置からの前記第１クロック信号に基づいて、周波数設定信号により設定される周波数の前記第２クロック信号を生成するクロック信号生成回路と、
   前記周波数設定信号を出力する第２処理回路と、
   を含むことを特徴とする発振器。
9. 請求項８に記載の発振器において、
   前記第１処理回路は、
   前記第１温度補償処理として、前記振動子の周波数温度特性を補償する温度補償用の制御電圧を生成し、前記制御電圧を前記発振回路に出力し、
   前記第２処理回路は、
   前記第２温度補償処理として、デジタル信号である前記周波数設定信号を前記クロック信号生成回路に出力することを特徴とする発振器。
10. 請求項８又は９に記載の発振器において、
    前記第２回路装置は、学習済みモデルの情報を記憶する記憶部を含み、
    前記第２処理回路は、前記学習済みモデルの情報に基づいて前記第２温度補償処理を行うことを特徴とする発振器。
11. 請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の発振器において、
    前記クロック信号生成回路は、
    前記第１クロック信号が基準クロック信号として入力されるフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路を含み、
    前記周波数設定信号は、前記ＰＬＬ回路が有する分周回路の分周比データであることを特徴とする発振器。
12. 請求項１１に記載の発振器において、
    前記ＰＬＬ回路は、
    前記基準クロック信号である前記第１クロック信号と前記分周回路からのフィードバッククロック信号との位相比較を行う位相比較回路と、
    前記位相比較の結果に基づいて、制御電圧を生成する制御電圧生成回路と、
    前記制御電圧に対応する周波数のクロック信号を生成する電圧制御発振回路と、
    を含むことを特徴とする発振器。
13. 請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の発振器において、
    前記クロック信号生成回路は、
    前記第１クロック信号を基準クロック信号として、前記周波数設定信号により設定される周波数の前記第２クロック信号を生成するダイレクトデジタルシンセサイザーを含むことを特徴とする発振器。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の発振器において、
    前記振動子及び前記第１回路装置を収容する第１パッケージと、
    前記第１パッケージ及び前記第２回路装置を収容する第２パッケージと、
    を含むことを特徴とする発振器。
15. 請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の発振器と、
    前記発振器からの前記第２クロック信号に基づいて動作する処理装置と、
    を含むことを特徴とする電子機器。
16. 請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の発振器と、
    前記発振器からの前記第２クロック信号に基づいて動作する処理装置と、
    を含むことを特徴とする移動体。

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