JP2024017214A - 回路装置及び発振器 - Google Patents

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Abstract

Figure 2024017214000001
【課題】出力回路の状態に応じた適切な温度補償を実現できる回路装置等の提供。
【解決手段】回路装置２０は、振動子１０によりクロック信号を生成するクロック信号生成回路２８と、第１状態又は第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作し、出力クロック信号を出力する出力回路８０と、温度検出信号に基づきクロック信号の周波数温度特性を補償する温度補償回路４０を含む。出力回路８０が第１状態で動作するとき、温度補償回路４０は出力回路８０が第１状態で動作するときの周波数温度特性を補償する第１温度補償信号を出力し、クロック信号生成回路２８は第１温度補償信号に基づきクロック信号を生成し、出力回路８０が第２状態で動作するとき、温度補償回路４０は出力回路８０が第２状態で動作するときの周波数温度特性を補償する第２温度補償信号を出力し、クロック信号生成回路２８は第２温度補償信号に基づきクロック信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路装置及び発振器等に関する。
水晶振動子等の振動子を発振させてクロック信号を生成する回路装置では、クロック信号の周波数の温度補償が行われる。例えば特許文献１には、温度補償電圧を、温度方向にオフセットする回路及び電圧方向にオフセットする回路を設けることで、圧電型の振動子のヒステリシス特性を補償可能とした圧電発振器用オフセット回路が開示されている。
特開２０１１－２３４０８６公報
しかしながら、特許文献１には、ヒステリシスを補償することについては記載されているが、回路装置の出力回路の状態の変化による影響については考慮されていなかった。
本開示の一態様は、振動子を発振させた発振信号に基づくクロック信号を生成するクロック信号生成回路と、第１状態、又は前記第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作し、前記クロック信号に基づいて少なくとも１つの出力クロック信号を出力する出力回路と、温度センサーからの温度検出信号に基づいて、前記クロック信号の周波数温度特性を補償する温度補償回路と、を含み、前記出力回路が前記第１状態で動作するとき、前記温度補償回路は、前記出力回路が前記第１状態で動作するときの前記周波数温度特性を補償する第１温度補償信号を出力し、前記クロック信号生成回路は、前記第１温度補償信号に基づいて前記クロック信号を生成し、前記出力回路が前記第２状態で動作するとき、前記温度補償回路は、前記出力回路が前記第２状態で動作するときの前記周波数温度特性を補償し且つ前記第１温度補償信号とは異なる第２温度補償信号を出力し、前記クロック信号生成回路は、前記第２温度補償信号に基づいて前記クロック信号を生成する回路装置に関係する。
また本開示の一態様は、振動子と、回路装置を含み、前記回路装置は、前記振動子を発振させた発振信号に基づくクロック信号を生成するクロック信号生成回路と、第１状態、又は前記第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作し、前記クロック信号に基づいて少なくとも１つの出力クロック信号を出力する出力回路と、温度センサーからの温度検出信号に基づいて、前記クロック信号の周波数温度特性を補償する温度補償回路と、を含み、前記出力回路が前記第１状態で動作するとき、前記温度補償回路は、前記出力回路が前記第１状態で動作するときの前記周波数温度特性を補償する第１温度補償信号を出力し、前記クロック信号生成回路は、前記第１温度補償信号に基づいて前記クロック信号を生成し、前記出力回路が前記第２状態で動作するとき、前記温度補償回路は、前記出力回路が前記第２状態で動作するときの前記周波数温度特性を補償し且つ前記第１温度補償信号とは異なる第２温度補償信号を出力し、前記クロック信号生成回路は、前記第２温度補償信号に基づいて前記クロック信号を生成す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。 発熱前後の周波数温度特性の説明図。 本実施形態の回路装置、発振器の詳細な構成例。 温度補償信号の生成手法の説明図。 温度補償回路の構成例。 温度センサーの第１構成例。 温度センサーの第２構成例。 温度検出電圧のオフセットによる温度補償の補正の説明図。 関数電流生成回路の構成例。 関数電流の生成手法の説明図。 本実施形態の回路装置、発振器の詳細な他の構成例。 本実施形態の回路装置、発振器の詳細な他の構成例。 ＰＬＬ回路の構成例。 温度検出信号に基づく発振周波数の温度補償の例についての説明図。 温度検出信号に基づく発振周波数の温度補償の例についての説明図。 本実施形態の回路装置、発振器の第１変形例。 出力回路のスルーレート制御回路の構成例。 本実施形態の回路装置、発振器の第２変形例。 シングルシールパッケージの発振器の構造例。 Ｈ型パッケージの発振器の構造例。
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、クロック信号生成回路２８と温度補償回路４０と出力回路８０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。なお本実施形態の回路装置２０は２つ以上の半導体チップで実現されてもよい。
クロック信号生成回路２８は、振動子１０を用いてクロック信号ＣＫを生成する回路である。具体的にはクロック信号生成回路２８は、振動子１０を発振させた発振信号に基づくクロック信号ＣＫを生成する。例えばクロック信号生成回路２８は、振動子１０を発振させる発振回路を有しており、この発振回路により生成された発振信号に基づくクロック信号ＣＫを生成する。或いは、発振回路の後段に、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回路等の信号生成回路を設け、クロック信号生成回路２８が、この信号生成回路により生成されたクロック信号ＣＫを出力するようにしてもよい。
出力回路８０は、クロック信号ＣＫが入力されて、出力クロック信号ＣＫＱを出力する。例えば出力回路８０は、クロック信号ＣＫをバッファリングして、出力クロック信号ＣＫＱとして、回路装置２０のパッドＰＣＫに出力する。これにより出力クロック信号ＣＫＱがパッドＰＣＫを介して外部に出力されるようになる。例えば出力回路８０は種々の信号形式で出力クロック信号ＣＫＱを出力できる。例えば出力回路８０は、シングルエンドのＣＭＯＳの信号形式で出力クロック信号ＣＫＱを出力したり、或いはＣＭＯＳ以外の信号形式で出力クロック信号ＣＫＱを出力してもよい。例えば出力回路８０は、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）、ＰＥＣＬ（Positive Emitter Coupled Logic）、ＨＣＳＬ（High Speed Current Steering Logic）、又は差動のＣＭＯＳ（Complementary MOS）等の信号形式で、差動の出力クロック信号ＣＫＱを外部に出力してもよい。
そして本実施形態では出力回路８０は、第１状態、又は第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作し、クロック信号ＣＫに基づいて少なくとも１つの出力クロック信号ＣＫＱを出力する。例えば出力回路８０が、第２状態で動作して出力クロック信号ＣＫＱを出力しているときの消費電流は、第１状態で動作しているときの消費電流よりも多かったり、或いは少なかったりする。出力回路８０の第１状態、第２状態は、出力回路８０の動作モードの状態や、或いは出力クロック信号ＣＫＱの出力先である外部の負荷の状態などである。なお出力回路８０は、例えば第１状態、第２状態を含む２以上の複数の状態のいずれかの状態で動作可能であり、例えば第１状態、第２状態とは消費電流が異なる第３状態等で動作してもよい。また図１では出力回路８０は、クロック信号ＣＫに基づいて１つの出力クロック信号ＣＫＱを出力しているが、後述するように複数の出力クロック信号を出力してもよい。
温度補償回路４０はクロック周波数の温度補償を行うための回路である。具体的には温度補償回路４０は、不図示の温度センサーからの温度検出信号ＳＴＳに基づいて、クロック信号ＣＫの周波数温度特性を補償する。温度センサーは、例えば回路装置２０の温度検出回路により実現してもよいし、回路装置２０の半導体チップの近傍に設けられる温度検出素子により実現してもよい。また複数の温度センサーを用いてもよい。また温度補償は、温度変動によるクロック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クロック信号ＣＫの周波数が一定になるように、クロック信号生成回路２８のクロック周波数の温度補償を行う。例えば温度補償回路４０は、クロック信号生成回路２８が有する発振回路の発振周波数の温度補償を行うことで、クロック周波数の温度補償を行ってもよいし、クロック信号生成回路２８が有するＰＬＬ回路に対する温度補償処理により、クロック周波数の温度補償を行ってもよい。例えば温度補償回路４０は、発振回路の可変容量回路等に対して温度補償電圧を出力することで、クロック周波数の温度補償を行ったり、ＰＬＬ回路の分周比設定信号の設定により、クロック周波数の温度補償を行う。
そして本実施形態では、温度補償回路４０は、出力回路８０の第１状態に対応した第１温度補償信号ＳＣＰ１や、出力回路８０の第２状態に対応した第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成して、クロック信号生成回路２８に出力する。そしてクロック信号生成回路２８は、温度補償回路４０からの第１温度補償信号ＳＣＰ１又は第２温度補償信号ＳＣＰ２に基づき温度補償されたクロック信号ＣＫを生成する。なお温度補償回路４０は、第１温度補償信号ＳＣＰ１又は第２温度補償信号ＳＣＰ２を含む２以上の複数の温度補償信号を生成可能であり、例えば出力回路８０の第３状態に対応した第３温度補償信号などを生成してもよい。
具体的には、図１に示すように、出力回路８０が第１状態で動作するとき、温度補償回路４０は、出力回路８０が第１状態で動作するときの周波数温度特性を補償する第１温度補償信号ＳＣＰ１を出力する。例えば温度補償回路４０は、出力回路８０が第１状態で動作し、消費電流が第１消費電流であるときの温度変動によるクロック周波数の変動を抑制する第１温度補償信号ＳＣＰ１を生成して出力する。そしてクロック信号生成回路２８は、このようにして生成された第１温度補償信号ＳＣＰ１に基づいてクロック信号ＣＫを生成する。
一方、出力回路８０が第２状態で動作するとき、温度補償回路４０は、出力回路８０が第２状態で動作するときの周波数温度特性を補償し且つ第１温度補償信号ＳＣＰ１とは異なる第２温度補償信号ＳＣＰ２を出力する。例えば温度補償回路４０は、出力回路８０が第２状態で動作し、消費電流が第２消費電流であるときの温度変動によるクロック周波数の変動を抑制する第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成して出力する。そしてクロック信号生成回路２８は、このようにして生成された第２温度補償信号ＳＣＰ２に基づいてクロック信号ＣＫを生成する。
このように本実施形態によれば、出力回路８０が第１状態で動作し、回路装置２０の消費電流が第１消費電流であるときには、温度補償回路４０が第１状態に対応する第１温度補償信号ＳＣＰ１を生成する。例えば温度補償回路４０は、第１消費電流が流れて第１発熱状態になったときの周波数温度特性を補償する第１温度補償信号ＳＣＰ１を生成する。そしてクロック信号生成回路２８が第１温度補償信号ＳＣＰ１に基づき温度補償されたクロック信号ＣＫを生成する。一方、出力回路８０が第２状態で動作し、回路装置２０の消費電流が第１消費電流とは異なる第２消費電流であるときには、温度補償回路４０が第２状態に対応する第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成する。例えば温度補償回路４０は、第２消費電流が流れて第２発熱状態になったときの周波数温度特性を補償する第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成する。そしてクロック信号生成回路２８が第２温度補償信号ＳＣＰ２に基づき温度補償されたクロック信号ＣＫを生成する。このようにすれば、出力回路８０が第１状態で動作し、第１消費電流が流れて第１発熱状態になったときには、第１発熱状態用の第１温度補償信号ＳＣＰ１に基づき温度補償されたクロック信号ＣＫを生成できるようになる。また出力回路８０が第２状態で動作し、第２消費電流が流れて第２発熱状態になったときには、第２発熱状態用の第２温度補償信号ＳＣＰ２に基づき温度補償されたクロック信号ＣＫを生成できるようになる。従って、出力回路８０の各状態に応じた適切な温度補償信号でクロック信号ＣＫの周波数温度特性を補償できるようになり、出力クロック信号ＣＫＱの周波数温度特性を向上できるようになる。
振動子１０を発振させて出力クロック信号ＣＫＱを出力する回路装置２０では、出力回路８０の状態が変わると、回路装置２０の消費電流が変化し、発熱量が変化する。そして回路装置２０の発熱量が変化すると、例えば後述する温度センサー４８と振動子１０の温度差が原因で、温度補償された周波数がずれてしまう。従って、回路装置２０の発熱状態に合わせた温度補償が必要になる。
例えば図２は発熱の前後の周波数温度特性の説明図である。図２のＡ１は、調整時におけるクロック信号周波数温度特性であり、発熱前の周波数温度特性である。回路装置２０、発振器４の製造、検査時などにおいて、例えばこの周波数温度特性を計測して、Ａ２に示すようにフラットな周波数温度特性になるように、温度補償処理の係数等を決定する。しかしながら、出力回路８０の状態の変化により、発熱状態が変化すると、振動子１０の周波数温度特性はＡ３に示すようになる一方で、回路装置２０が温度補償しようとする周波数温度特性はＡ４に示すようになり、両者にずれが生じる。このずれが原因となって、Ａ５に示すように温度補償後の周波数温度特性がフラットではなくなり、例えば２次関数の特性になってしまう。
例えば回路装置２０は電力消費より発熱するため、大気温度Ｔａよりも高い温度Ｔｊ１となる。また水晶振動子等の振動子１０の温度は、回路装置２０の温度Ｔｊ１と大気温度Ｔａの間の温度Ｔｘ１で安定する。そして例えば出力回路８０の状態が第１状態から第２状態に変化することで、回路装置２０の温度がＴｊ１からＴｊ２に変化すると、振動子１０の温度もＴｘ１からＴｘ２へと変化する。このとき、Ｔｊ２－Ｔｊ１＝Ｔｘ２－Ｔｘ１であれば、Ｔａの変化と同様に温度補償される。しかしながら、実際にはＴｊ２－Ｔｊ１＞Ｔｘ２－Ｔｘ１となるため、図２のＡ３、Ａ４に示すようなずれが生じて、クロック信号の周波数温度特性がＡ５に示すような特性になってしまう。
例えばΔＴ＝Ｔｊ２－Ｔｘ２とした場合に、温度補償後の周波数温度特性には、下式（１）に示すように２次係数の特性の周波数のずれが発生する。なお温度補償信号は４次成分や５次成分を含む高次の係数を含んでもよいが、４次以上の係数は３次以下の係数に比べて小さいため、下式（１）では簡略化のために省略している。
Figure 2024017214000002
例えば上式（１）において、Ｂ１の項は、発熱後における振動子１０の周波数温度特性に対応し、図２のＡ３に対応する。またＢ２の項は、発熱後における回路装置２０が補償しようとする周波数温度特性に対応し、図２のＡ４に対応する。従って、上式（１）のＢ３に示すように、周波数温度特性に２次係数の特性の周波数のずれが発生してしまう。
この点、本実施形態では、出力回路８０の状態が第１状態から第２状態に変化して、ΔＴの温度差が生じたときに、温度補償信号が第１温度補償信号ＳＣＰ１から第２温度補償信号ＳＣＰ２に切り替わる。そして、この第２温度補償信号ＳＣＰ２により、図２のＡ２の２次関数特性である２次係数の特性をフラットにするための温度補償が行われる。例えば上式（１）のＢ３に示す項を無くすような温度補償が行われる。例えば温度補償回路４０が、第１温度補償信号ＳＣＰ１とは温度に対する２次係数の特性が異なる第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成することで、このような温度補償が可能になる。なお第１温度補償信号ＳＣＰ１と第２温度補償信号ＳＣＰ２は、少なくとも２次係数の特性が異なればよく、他の次数の特性が異なっていてもよい。図２を例にとり説明すれば、温度補償回路４０は、Ａ４に示す周波数温度特性をＡ３に示す周波数温度特性に近づけるような第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成する。これは温度補償回路４０が、第１温度補償信号ＳＣＰ１を温度方向にシフトさせた第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成することで実現できる。このようにすれば出力回路８０が第１状態から第２状態に変化して、発熱状態が変化した場合にも、適正に温度補償された出力クロック信号ＣＫＱを出力できるようになる。
２．アナログ温度補償
図３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３では温度補償回路４０が、発振回路３０の発振周波数をアナログ方式で温度補償することで、クロック周波数の温度補償を実現している。具体的には図３の回路装置２０は、クロック信号生成回路２８、温度補償回路４０、温度センサー４８、制御回路６０、出力回路８０、電源回路９０を含む。そしてクロック信号生成回路２８は発振回路３０を含み、出力回路８０は第１バッファー回路８１、第２バッファー回路８２を含む。また発振器４は、振動子１０と回路装置２０を含み、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３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。後述する他の詳細な構成例においても同様である。
また回路装置２０はパッドＰＶＤＤ、ＰＧＮＤ、ＰＸ１、ＰＸ２、ＰＯＥ１、ＰＯＥ２、ＰＣＫ１、ＰＣＫ２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ＰＯＥ１、ＰＯＥ２は、第１イネーブル制御信号ＯＥ１、第２イネーブル制御信号ＯＥ２の入力用のパッドである。パッドＰＣＫ１、ＰＣＫ２は、第１出力クロック信号ＣＫＱ１、第２出力クロック信号ＣＫＱ２の出力用のパッドである。パッドＰＶＤＤ、ＰＧＮＤ、ＰＯＥ１、ＰＯＥ２、ＰＣＫ１、ＰＣＫ２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、ＴＯＥ１、ＴＯＯＥ２、ＴＣＫ１、ＴＣＫ２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。
図３ではクロック信号生成回路２８は、発振回路３０を含み、発振回路３０により生成された発振信号に基づくクロック信号ＣＫを出力する。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。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。また発振回路３０には、可変容量回路が設けられ、この可変容量回路の容量の調整により、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、例えばバラクターなどの可変容量素子により実現できる。例えば可変容量回路は、温度補償信号である温度補償電圧ＶＣＰに基づいて容量が制御される可変容量素子により実現できる。或いは可変容量回路を、キャパシターアレイと、キャパシターアレイに接続されるスイッチアレイとにより実現してもよい。この場合にはスイッチアレイが含む複数のスイッチを例えばデジタルの制御信号によりオン又はオフにすることで、可変容量回路の容量を制御する。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。例えば温度補償回路４０は、温度センサー４８の温度検出信号ＳＴＳである温度検出電圧に基づいて、発振回路３０の発振周波数を温度補償する温度補償電圧ＶＣＰを出力する。
具体的には図３では温度補償回路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等により実現される不図示のメモリーに記憶される。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、記憶部であるメモリーに記憶される。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メモリーに記憶される。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、温度検出信号ＳＴＳとして出力する。温度検出信号ＳＴＳは例えば温度検出電圧である。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ＳＴＳ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を温度検出信号ＳＴＳとして出力する。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を生成すればよい。
制御回路６０は、例えばロジック回路であり、種々の制御処理を行う。例えば制御回路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。また制御回路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、或いは不図示のメモリーの情報の読み出しや書き込みの制御を行う。制御回路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。
出力回路８０は、クロック信号生成回路２８が発振回路３０の発振信号に基づき出力するクロック信号ＣＫをバッファリングして出力する回路である。例えば出力回路８０は、クロック信号ＣＫをバッファリングして、第１出力クロック信号ＣＫＱ１としてパッドＰＣＫ１に出力する。また出力回路８０は、クロック信号ＣＫをバッファリングして、第２出力クロック信号ＣＫＱ２としてパッドＰＣＫ２に出力する。例えば出力回路８０は第１バッファー回路８１と第２バッファー回路８２を含み、第１バッファー回路８１が第１出力クロック信号ＣＫＱ１を出力し、第２バッファー回路８２が第２出力クロック信号ＣＫＱ２を出力する。なお図３では出力回路８０が２つの出力クロック信号を出力しているが、３つ以上の出力クロック信号を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。
このように図３では、クロック信号生成回路２８は、振動子１０を発振させて発振信号を生成する発振回路３０を含む。そして温度補償回路４０は、上述のようにアナログ温度補償を行う温度補償回路であり、第１温度補償信号ＳＣＰ１及び第２温度補償信号ＳＣＰ２として、発振信号の温度補償電圧ＶＣＰを発振回路３０に出力する。例えば出力回路８０が第１状態で動作するとき、温度補償回路４０は、出力回路８０が第１状態で動作するときの周波数温度特性を補償する第１温度補償電圧ＶＣＰ１を出力する。一方、出力回路８０が第２状態で動作するとき、温度補償回路４０は、出力回路が第２状態で動作するときの周波数温度特性を補償し且つ第１温度補償電圧ＶＣＰ１とは異なる第２温度補償電圧ＶＣＰ２を出力する。例えば図４に示すように、第１温度補償電圧ＶＣＰ１と第２温度補償電圧ＶＣＰ２は、電圧温度特性が異なっている。例えば第２温度補償電圧ＶＣＰ２の電圧温度特性は、第１温度補償電圧ＶＣＰ１を図４のＤ１に示すように温度方向にシフトとした電圧温度特性になってる。例えば第１温度補償電圧ＶＣＰ１から第２温度補償電圧ＶＣＰ２への切替は、制御回路６０からの制御信号ＣＣＰに基づき行われる。一例としては、温度補償回路４０は、制御信号ＣＣＰが第１電圧レベルである場合には、温度補償電圧ＶＣＰとして、第１電圧温度特性の第１温度補償電圧ＶＣＰ１を出力する。一方、温度補償回路４０は、制御信号ＣＣＰが第２電圧レベルである場合には、温度補償電圧ＶＣＰとして、第１電圧温度特性とは異なる第２電圧温度特性の第２温度補償電圧ＶＣＰ２を出力する。
このようにすれば、振動子１０を振動させる発振回路３０に対して、温度補償回路４０が第１温度補償信号ＳＣＰ１、第２温度補償信号ＳＣＰ２として温度補償電圧ＶＣＰを出力することで、アナログ方式での発振周波数の温度補償が可能になり、これにより温度補償が行われたクロック信号ＣＫを生成できるようになる。そして出力回路８０が第１状態である場合には、第１温度補償信号ＳＣＰ１として第１温度補償電圧ＶＣＰ１が発振回路３０に出力され、出力回路８０が第２状態である場合には、第２温度補償信号ＳＣＰ２として第２温度補償電圧ＶＣＰ２が発振回路３０に出力されるようになる。このようにすれば出力回路８０が第１状態から第２状態に変化して、発熱状態が変化した場合にも、発振信号の適切な温度補償が可能になり、適正に温度補償された出力クロック信号を出力できるようになる。
また本実施形態の回路装置２０は、少なくとも１つの外部制御信号が入力され、外部制御信号に基づいて出力回路８０の第１状態と第２状態を切り替える制御回路６０を含む。図３を例にとれば、制御回路６０は、第１イネーブル制御信号ＯＥ１、第２イネーブル制御信号ＯＥ２が外部制御信号として入力され、この外部制御信号に基づいて、出力回路８０の動作状態を切り替える。外部制御信号は、回路装置２０の外部から入力される信号であり、出力回路８０の状態を切り替える信号である。外部制御信号は、例えば回路装置２０の外部の処理装置が生成して出力する。図３での外部制御信号は、第１イネーブル制御信号ＯＥ１、第２イネーブル制御信号ＯＥ２であるが、後述の他の詳細例で説明されるように、外部制御信号はこのようなイネーブル制御信号には限定されない。そして例えば外部制御信号に基づき出力回路８０が第１状態から第２状態に切り替わると、例えば制御回路６０からの制御信号ＣＣＰに基づいて、温度補償回路４０が、温度補償信号を第１温度補償信号ＳＣＰ１から第２温度補償信号ＳＣＰ２に切り替える。図３を例にとれば温度補償回路４０は、温度補償電圧を、第１電圧温度特性の第１温度補償電圧ＶＣＰ１から第２電圧温度特性の第２温度補償電圧ＶＣＰ２に切り替える。
このようにすれば、外部制御信号により出力回路８０が第１状態から第２状態に切り替わって、発熱状態が変化した場合にも、適正に温度補償された出力クロック信号を出力できるようになる。例えば外部制御信号に連動させて温度補償信号を切り替えることが可能になり、外部制御信号の制御による出力回路８０の状態の変化に起因する温度補償のずれを、適切に補正できるようになる。
より具体的には図３では、制御回路６０は、少なくとも１つの外部制御信号として、第１イネーブル制御信号ＯＥ１と第２イネーブル制御信号ＯＥ２が入力される。第１イネーブル制御信号ＯＥ１は第１出力クロック信号ＣＫＱ１の出力のイネーブル、ディスエーブルを制御する信号であり、第２イネーブル制御信号ＯＥ２は第２出力クロック信号ＣＫＱ２の出力のイネーブル、ディスエーブルを制御する信号である。そして出力回路８０は、第１イネーブル制御信号ＯＥ１がアクティブのとき、少なくとも１つの出力クロック信号として第１出力クロック信号ＣＫＱ１を出力する。一方、出力回路８０は、第２イネーブル制御信号ＯＥ２がアクティブのとき、少なくとも１つの出力クロック信号として第２出力クロック信号ＣＫＱ２を出力する。ここで信号がアクティブとは、信号がハイレベル等の第１電圧レベルであることであり、信号が非アクティブとは、信号がローレベル等の第２電圧レベルであることである。また１つのイネーブル制御信号により第１出力クロック信号ＣＫＱ１と第２出力クロック信号ＣＫＱ２のイネーブル、ディスエーブルを制御することも可能である。また第１出力クロック信号ＣＫＱ１と第２出力クロック信号ＣＫＱ２は、クロック周波数が同一周波数であってもよし、異なる周波数であってもよい。また第１出力クロック信号ＣＫＱ１と第２出力クロック信号ＣＫＱ２は、信号形式が同一形式の信号であってもよいし、異なる形式の信号であってもよい。例えば第１出力クロック信号ＣＫＱ１が、ＬＶＤＳ、ＰＥＣＬ、ＨＣＳＬ、シングルのＣＭＯＳ、差動のＣＭＯＳのいずれか１つの信号形式であり、第２出力クロック信号ＣＫＱ２が、このいずれか１つの信号形式とは異なる信号形式であってもよい。
このようにすれば、外部制御信号である第１イネーブル制御信号ＯＥ１がアクティブになることで、回路装置２０から第１出力クロック信号ＣＫＱ１が出力され、外部制御信号である第２イネーブル制御信号ＯＥ２がアクティブになることで、回路装置２０から第２出力クロック信号ＣＫＱ２が出力されるようになる。そしてこのような第１イネーブル制御信号ＯＥ１、第２イネーブル制御信号ＯＥ２の設定により、出力回路８０の状態が変化して発熱状態が変化した場合にも、出力回路８０の状態に応じた温度補償信号を、温度補償回路４０がクロック信号生成回路２８に出力するようになる。これにより出力回路８０の状態に応じた適切なクロック周波数の温度補償が可能になる。例えば出力クロック信号のイネーブル制御信号に連動させて温度補償信号を切り替えることが可能になり、イネーブル制御信号の制御による出力回路８０の状態の変化に起因する温度補償のずれを、適切に補正できるようになる。
また出力回路８０の第１状態は、例えば第１出力クロック信号ＣＫＱ１が出力される状態である。一方、出力回路８０の第２状態は、例えば第１出力クロック信号ＣＫＱ１及び第２出力クロック信号ＣＫＱ２の両方が出力される状態である。例えば第１イネーブル制御信号ＯＥ１がアクティブになり、第２イネーブル制御信号ＯＥ２が非アクティブになることで、第１出力クロック信号ＣＫＱ１が出力され、第２出力クロック信号ＣＫＱ２が出力されない第１状態に、出力回路８０の状態が設定される。そして温度補償回路４０は、第１状態に対応する第１温度補償信号ＳＣＰ１を出力し、この第１温度補償信号ＳＣＰ１により温度補償された第１出力クロック信号ＣＫＱ１が出力されるようになる。また第１イネーブル制御信号ＯＥ１及び第２イネーブル制御信号ＯＥ２の両方がアクティブになることで、第１出力クロック信号ＣＫＱ１及び第２出力クロック信号ＣＫＱ２の両方が出力される第２状態に、出力回路８０の状態が設定される。そして温度補償回路４０は、第２状態に対応する第２温度補償信号ＳＣＰ２を出力し、この第２温度補償信号ＳＣＰ２により温度補償された第１出力クロック信号ＣＫＱ１及び第２出力クロック信号ＣＫＱ２が出力されるようになる。
このようにすれば第１出力クロック信号ＣＫＱ１が出力される第１状態である場合には、温度補償回路４０が第１状態に対応する第１温度補償信号ＳＣＰ１を出力し、この第１温度補償信号ＳＣＰ１により温度補償された第１出力クロック信号ＣＫＱ１が出力されるようになる。そして、第１状態から、第１出力クロック信号ＣＫＱ１及び第２出力クロック信号ＣＫＱ２の両方が出力される第２状態に切り替わると、温度補償回路４０は、第１状態に対応する第１温度補償信号ＳＣＰ１から第２状態に対応する第２温度補償信号ＳＣＰ２に切り替えて出力するようになる。そして、この第２温度補償信号ＳＣＰ２により温度補償された第１出力クロック信号ＣＫＱ１及び第２出力クロック信号ＣＫＱ２が出力されるようになる。
例えば第１出力クロック信号ＣＫＱ１及び第２出力クロック信号ＣＫＱ２が出力される第２状態は、第１出力クロック信号ＣＫＱ１だけが出力される第１状態に比べて、出力回路８０の発熱量が多くなる。出力回路８０は、出力クロック信号により発振器４の外部の大きな負荷を駆動する必要があるため、消費電流が大きく、回路装置２０の他の回路ブロックに比べて発熱量が多い。従って、図２で説明したように、振動子１０と回路装置２０の温度差などに起因する温度補償のずれが発生してしまう。
この点、本実施形態では、発熱量が少ない第１状態では、第１温度補償信号ＳＣＰ１により温度補償が行われ、発熱量が多い第２状態では、第１温度補償信号ＳＣＰ１とは信号の温度特性が異なる第２温度補償信号ＳＣＰ２により温度補償が行われる。従って、例えば図４に示すような第１温度補償信号ＳＣＰ１、第２温度補償信号ＳＣＰ２を温度補償回路４０が出力することで、振動子１０と回路装置２０の温度差等に起因する温度補償のずれを適正に補正できるようになる。
例えば発振器４を利用する処理システムでは、第１動作モードでは、第１出力クロック信号ＣＫＱ１だけを使用し、第２動作モードでは、第１出力クロック信号ＣＫＱ１及び第２出力クロック信号ＣＫＱ２の両方を使用する場合がある。具体的には、第１動作モードでは、第１出力クロック信号ＣＫＱ１を、処理システムのマイコン等の処理装置の動作クロック信号として用いる。第２動作モードでは、第１出力クロック信号ＣＫＱ１を処理装置の動作クロック信号として用いると共に、第２出力クロック信号ＣＫＱ２を、処理システムのＲＦ回路等のクロック信号として用いる。このようにすれば第１動作モードにおいては、出力回路８０は第２出力クロック信号ＣＫＱ２を出力しなくても済むため、低消費電力化を図れる。一方、第２動作モードになり、第１出力クロック信号ＣＫＱ１及び第２出力クロック信号ＣＫＱ２の両方が出力されて、発熱量が多くなった場合にも、第２動作モードに対応する第２状態に応じた第２温度補償信号ＳＣＰ２により温度補償が行われるため、適正に温度補償された第１出力クロック信号ＣＫＱ１及び第２出力クロック信号ＣＫＱ２を外部の処理システムに供給することが可能になる。
また図３に示すように出力回路８０は第１バッファー回路８１と第２バッファー回路８２を含む。第１バッファー回路８１、第２バッファー回路８２は、同じ周波数の第１出力クロック信号ＣＫＱ１、第２出力クロック信号ＣＫＱ２を出力してもよいし、異なる周波数の第１出力クロック信号ＣＫＱ１、第２出力クロック信号ＣＫＱ２を出力してもよい。まあ第１バッファー回路８１、第２バッファー回路８２は、同じ信号形式の第１出力クロック信号ＣＫＱ１、第２出力クロック信号ＣＫＱ２を出力してもよいし、異なる信号形式の第１出力クロック信号ＣＫＱ１、第２出力クロック信号ＣＫＱ２を出力してもよい。そして第１バッファー回路８１は、クロック信号ＣＫに基づいて第１出力クロック信号ＣＫＱ１を出力する。例えば第１バッファー回路８１は、クロック信号ＣＫをバッファリングして、第１出力クロック信号ＣＫＱ１としてパッドＰＣＫ１に出力する。第２バッファー回路８２は、クロック信号ＣＫに基づいて第２出力クロック信号ＣＫＱ２を出力する。例えば第２バッファー回路８２は、クロック信号ＣＫをバッファリングして、第２出力クロック信号ＣＫＱ２としてパッドＰＣＫ２に出力する。
そして出力回路８０の第１状態では、第１バッファー回路８１が第１出力クロック信号ＣＫＱ１を出力する。例えば第１イネーブル制御信号ＯＥ１がアクティブになると、制御回路６０が第１バッファー回路８１の制御信号ＣＢＦ１をアクティブにすることで、第１バッファー回路８１が第１出力クロック信号ＣＫＱ１を出力する。一方、出力回路８０の第２状態では、第１バッファー回路８１が第１出力クロック信号ＣＫＱ１を出力し、且つ第２バッファー回路８２が第２出力クロック信号ＣＫＱ２を出力する。例えば第１イネーブル制御信号ＯＥ１及び第２イネーブル制御信号ＯＥ２がアクティブになると、制御回路６０が第１バッファー回路８１の制御信号ＣＢＦ１及び第２バッファー回路８２の制御信号ＣＢＦ２をアクティブにすることで、第１バッファー回路８１が第１出力クロック信号ＣＫＱ１を出力し、第２バッファー回路８２が第２出力クロック信号ＣＫＱ２を出力する。
このようにすれば、出力回路８０が第１状態である場合は、温度補償回路４０からの第１温度補償信号ＳＣＰ１に基づき温度補償されたクロック信号ＣＫに基づいて、第１バッファー回路８１が第１出力クロック信号ＣＫＱ１を出力するになる。これにより適正に温度補償された第１出力クロック信号ＣＫＱ１を外部に出力できるようになる。一方、出力回路８０が第２状態である場合は、温度補償回路４０からの第２温度補償信号ＳＣＰ２に基づき温度補償されたクロック信号ＣＫに基づいて、第１バッファー回路８１が第１出力クロック信号ＣＫＱ１を出力し、第２バッファー回路８２が第２出力クロック信号ＣＫＱ２を出力するようになる。これにより適正に温度補償された第１出力クロック信号ＣＫＱ１及び第２出力クロック信号ＣＫＱ２を外部に出力できるようになる。即ち、第１バッファー回路８１だけが動作する第１状態に比べて、第１バッファー回路８１及び第２バッファー回路８２が動作する第２状態は消費電流が多くなり、発熱量が多くなるため、温度補償にずれが発生する。この点、本実施形態では、第１バッファー回路８１及び第２バッファー回路８２が動作する第２状態では、この第２状態に対応した第２温度補償信号ＳＣＰ２により温度補償が行われるため、適正に温度補償された第１出力クロック信号ＣＫＱ１及び第２出力クロック信号ＣＫＱ２を出力できるようになる。
図５に温度補償回路４０の構成例を示す。図５はアナログ方式で温度補償を行う温度補償回路４０である。なお温度補償回路４０は図５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。
温度補償回路４０は、温度を変数とする多項式近似によって温度補償電圧ＶＣＰを出力する回路である。この温度補償回路４０は電流生成回路４２と電流電圧変換回路４６を含む。電流生成回路４２は、温度センサー４８からの温度検出信号ＳＴＳである温度検出電圧ＶＴＳに基づいて、振動子１０の周波数温度特性を温度補償するための関数電流を生成する。そして電流電圧変換回路４６は、電流生成回路４２からの関数電流を電圧に変換して温度補償電圧ＶＣＰを出力する。具体的には電流電圧変換回路４６は、増幅回路ＡＭにより温度補償電圧ＶＣＰを出力する。
電流生成回路４２は、１次補正回路４３と高次補正回路４４を含む。１次補正回路４３は、温度検出電圧ＶＴＳに基づいて、１次関数を近似する１次電流を出力する。例えば１次補正回路４３は、多項式近似における多項式の１次係数に対応する１次補正データに基づいて１次関数電流を出力する。１次補正回路４３は、例えば演算増幅器、第１可変抵抗回路、第２可変抵抗回路、第３可変抵抗回路を含む。演算増幅器、第１可変抵抗回路及び第２可変抵抗回路は、増幅回路を構成する。増幅回路は、例えば基準電圧を基準に温度検出電圧ＶＴＳを増幅する。増幅回路は、第３可変抵抗回路を介して電流電圧変換回路４６の入力ノードに１次電流を出力する。
高次補正回路４４は、温度検出電圧ＶＴＳに基づいて、高次関数を近似する高次電流を、電流電圧変換回路４６に出力する。例えば高次補正回路４４は、多項式近似における多項式の高次係数に対応する高次補正データに基づいて高次電流を出力する。一例としては、高次補正回路４４は、３次関数を近似する３次電流を出力する。この場合には高次補正回路４４は、温度検出電圧ＶＴＳに基づいて差動動作を行う第１差動回路と、第１差動回路の出力電圧と温度検出電圧ＶＴＳに基づいて差動動作を行うことで３次電流を出力する第２差動回路を含む。なお図５では、温度センサー４８が、多項式の０次係数に対応する０次補正データに基づいて、温度検出電圧ＶＴＳのオフセット補正を行っている。即ち温度センサー４８は、０次補正データが示すオフセットの分だけ、温度検出電圧ＶＴＳのオフセットを調整する。温度検出電圧ＶＴＳのオフセット補正は、発振周波数の温度補償において０次補正に対応する。また高次補正回路４４は、４次以上の補正を行う補正回路を更に含んでもよい。例えば高次補正回路４４は、４次関数を近似する４次電流を出力する４次補正回路と、５次関数を近似する５次電流を出力する５次補正回路などを更に含んでもよい。
電流電圧変換回路４６は、１次電流と高次電流を加算すると共に、その加算電流を電流電圧変換することで温度補償電圧ＶＣＰを出力する。これにより、多項式関数を近似する温度補償電圧ＶＣＰが生成される。
電流電圧変換回路４６は、増幅回路ＡＭと抵抗ＲＣとキャパシターＣＣとを含む。増幅回路ＡＭは演算増幅器により実現される。抵抗ＲＣ及びキャパシターＣＣは、増幅回路ＡＭの出力端子と反転入力端子との間に並列接続される。増幅回路ＡＭの非反転入力端子には基準電圧ＶＲＣが入力される。これにより電流電圧変換回路４６は、例えばＡ級動作の増幅回路ＡＭにより温度補償電圧ＶＣＰを出力する。
このような構成の温度補償回路４０によれば、温度センサー４８の温度検出電圧ＶＴＳに基づき電流生成回路４２により生成された関数電流を、電流電圧変換回路４６により電圧に変換して温度補償電圧ＶＣＰとして出力できるようになる。
図６に温度センサー４８の第１構成例を示す。温度センサー４８は、定電流源ＩＳ１とバイポーラートランジスターＢＰＥ１と抵抗ＲＥ１、ＲＥ２を含む。定電流源ＩＳ１、抵抗ＲＥ１、バイポーラートランジスターＢＰＥ１、抵抗ＲＥ２は、ＶＤＤノードとＧＮＤノードの間に直列に設けられる。具体的には、定電流源ＩＳ１と抵抗ＲＥ１の一端との接続ノードが、バイポーラートランジスターＢＰＥ１のベースに接続され、抵抗ＲＥ１の他端がバイポーラートランジスターＢＰＥ１のコレクターに接続される。またバイポーラートランジスターＢＰＥ１のエミッターは、抵抗ＲＥ２の一端に接続され、抵抗ＲＥ２の他端はＧＮＤノードに接続される。抵抗ＲＥ２は可変抵抗であり、抵抗ＲＥ２の抵抗値は、例えば０次補正データに基づいて設定される。
図６において定電流源ＩＳ１から流れる電流をＩＥとし、抵抗ＲＥ１、ＲＥ２の抵抗値を、各々、Ｒ１、Ｒ２とし、バイポーラートランジスターＢＰＥ１のベース・エミッター間電圧をＶＢＥ１とすると、温度検出電圧ＶＴＳは下式（２）のように表される。
ＶＴＳ＝ＶＢＥ１＋ＩＥ×（Ｒ２－Ｒ１） ・・・（２）
上式（２）に示すように、温度検出電圧ＶＴＳは、オフセット成分としてＩＥ×（Ｒ２－Ｒ１）を含んでいる。即ち抵抗ＲＥ２の抵抗値Ｒ２を変化させることで、温度検出電圧ＶＴＳのオフセットを調整できる。
図７に温度センサー４８の第２構成例を示す。図７の温度センサー４８は、定電流源ＩＳ１、ＩＳ２と、バイポーラートランジスターＢＰＥ１、ＢＰＥ２と、抵抗ＲＥ１、ＲＥ２、ＲＥ３、ＲＥ４を含む。また図７では温度センサー４８は、バッファー回路４７を含む。なお図６の第１構成例においても温度検出電圧ＶＴＳのバッファリングを行うバッファー回路４７を設けてもよい。
定電流源ＩＳ１、バイポーラートランジスターＢＰＥ１、抵抗ＲＥ１、ＲＥ２の接続構成は図６の第１構成例と同様である。そして定電流源ＩＳ２、抵抗ＲＥ３、バイポーラートランジスターＢＰＥ２、抵抗ＲＥ４は、ＶＤＤノードとバイポーラートランジスターＢＰＥ１のコレクターのノードとの間に直列に設けられる。具体的には、定電流源ＩＳ２と抵抗ＲＥ３の一端との接続ノードが、バイポーラートランジスターＢＰＥ２のベースに接続され、抵抗ＲＥ３の他端がバイポーラートランジスターＢＰＥ２のコレクターに接続される。またバイポーラートランジスターＢＰＥ２のエミッターは、抵抗ＲＥ４の一端に接続され、抵抗ＲＥ４の他端はバイポーラートランジスターＢＰＥ１のコレクターに接続される。抵抗ＲＥ４は可変抵抗であり、抵抗ＲＥ４の抵抗値は、例えば不揮発性メモリー等のメモリーからの０次補正データに基づいて設定される。
バッファー回路４７は演算増幅器ＯＰＥと抵抗ＲＥ５、ＲＥ６を含む。演算増幅器ＯＰＥの非反転入力端子には、バイポーラートランジスターＢＰＥ２のコレクター電圧である電圧ＶＧＢが入力される。演算増幅器ＯＰＥの反転入力端子は、抵抗ＲＥ５の一端に接続され、抵抗ＲＥ５の他端は抵抗ＲＥ６の一端に接続され、抵抗ＲＥ６の他端はＧＮＤノードに接続される。これにより抵抗ＲＥ５と抵抗ＲＥ６の接続ノードから、演算増幅器ＯＰＥの出力電圧を抵抗ＲＥ５と抵抗ＲＥ６により電圧分割した電圧が、温度検出電圧ＶＴＳとして出力される。演算増幅器ＯＰＥの出力電圧は、電圧ＶＧＢに演算増幅器ＯＰＥのオフセット電圧を加算した電圧になる。
図７において、バイポーラートランジスターＢＰＥ１、ＢＰＥ２のコレクターの電圧をＶＧＡ、ＶＧＢとし、定電流源ＩＳ１、ＩＳ２に流れる電流をＩＥとし、抵抗ＲＥ１、ＲＥ２、ＲＥ３、ＲＥ４、ＲＥ５、ＲＥ６の抵抗値を、各々、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６とする。またバイポーラートランジスターＢＰＥ１、ＢＰＥ２のベース・エミッター間電圧をＶＢＥ１、ＶＢＥ２とする。すると、ＶＧＡ、ＶＧＢ、ＶＴＳの電圧は下式（３）、（４）、（５）のように表される。なおここでは演算増幅器ＯＰＥのオフセット電圧をゼロとしている。
ＶＧＡ＝ＶＢＥ１＋ＩＥ×（２Ｒ２－Ｒ１） ・・・（３）
ＶＧＢ＝ＶＢＥ２＋ＩＥ×（Ｒ４－Ｒ３）＋ＶＧＡ
＝ＶＢＥ１＋ＶＢＥ２＋ＩＥ×（２Ｒ２＋Ｒ４－Ｒ１－Ｒ３）・・・（４）
ＶＴＳ＝（Ｒ５／Ｒ６）×ＶＧＢ ・・・（５）
上式（４）、（５）に示すように、ＶＧＢは、オフセット成分としてＩＥ×（２Ｒ２＋Ｒ４－Ｒ１－Ｒ３）を含んでおり、温度検出電圧ＶＴＳも、オフセット成分として（Ｒ５／Ｒ６）×ＩＥ×（２Ｒ２＋Ｒ４－Ｒ１－Ｒ３）を含んでいる。即ち、抵抗ＲＥ２の抵抗値Ｒ２と抵抗ＲＥ４の抵抗値Ｒ４を変化させることで、温度検出電圧ＶＴＳのオフセットを調整できるようになる。また図７の第２構成例では、２段のバイポーラートランジスターＢＰＥ１、ＢＰＥ２を設けているため、２つのベース・エミッター間電圧ＶＢＥ１、ＶＢＥ２が加算されるようになる。これにより図６の第１構成例に比べて、温度に対する温度検出電圧ＶＴＳの傾きを大きくすることができ、温度に対する感度が高い温度検出電圧ＶＴＳを生成できるようになる。また図７ではバッファー回路４７を設け、バッファー回路４７の抵抗ＲＥ５、ＲＥ６の抵抗値を調整することで、温度検出電圧ＶＴＳの電圧値の微調整が可能になる。
図８は温度検出電圧ＶＴＳのオフセットによる温度補償の補正手法の説明図である。図８では制御回路６０に対して外部制御信号が入力される。外部制御信号は例えば図３の第１イネーブル制御信号ＯＥ１、第２イネーブル制御信号ＯＥ２や後述の他の詳細例で説明する外部制御信号である。そして制御回路６０は、外部制御信号に基づいて、図６、図７で説明した温度センサー４８の抵抗ＲＥ２、ＲＥ４の抵抗値Ｒ２、Ｒ４を変化させる。即ち、前述の式（２）～（５）で説明したように、抵抗ＲＥ２、ＲＥ４の抵抗値Ｒ２、Ｒ４を変化させることで、温度検出電圧ＶＴＳのオフセットを調整できるため、制御回路６０は、外部制御信号に基づいて温度検出電圧ＶＴＳを変化させて、温度補償のズレを補正する処理が可能になる。
例えば本実施形態では、図４で説明したように、温度補償回路４０は、第１温度補償信号ＳＣＰ１を温度方向にシフトさせることで、第１温度補償信号ＳＣＰ１とは異なる特性の第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成する。例えば第２温度補償信号ＳＣＰ２の信号の温度特性は、第１温度補償信号ＳＣＰ１の信号の温度特性を温度方向にシフトした特性になっている。温度方向へのシフト量は、例えば振動子１０と回路装置２０の温度差であるΔＴに対応する。例えば回路装置２０の温度センサー４８により温度を検出した場合に、検出された温度は振動子１０の実際の温度とは異なる。従って、出力回路８０が第１状態から第２状態に変化した場合に、そのときの振動子１０と回路装置２０の温度差に対応するシフト量だけ、第１温度補償信号ＳＣＰ１を温度方向にシフトした第２温度補償信号ＳＣＰ２により温度補償を行えばよい。
このようにすれば、出力回路８０が第１状態の場合には、第１温度補償信号ＳＣＰ１により、クロック周波数の温度補償が可能になる。そして出力回路８０が第１状態から第２状態に変化して、発熱状態が変化すると、図４のＤ１に示すように第１温度補償信号ＳＣＰ１を温度方向にシフトさせた第２温度補償信号ＳＣＰ２により、クロック周波数の適正な温度補償が可能になる。
具体的には温度補償回路４０は、出力回路８０が第２状態であるとき、温度センサー４８からの温度検出信号ＳＴＳをオフセットさせて第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成することで、第１温度補償信号ＳＣＰ１を温度方向にシフトさせた第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成する。例えば温度検出信号ＳＴＳが温度検出電圧ＶＴＳであり、第１温度補償信号ＳＣＰ１が第１温度補償電圧ＶＣＰ１であり、第２温度補償信号ＳＣＰ２が第２温度補償電圧ＶＣＰ２であったとする。この場合には、温度検出電圧ＶＴＳにオフセット電圧を加算するオフセット調整を行うことで、第１温度補償電圧ＶＣＰ１を温度方向にシフトさせた第２温度補償電圧ＶＣＰ２を生成できるようになる。図８を例にとれば、制御回路６０は、外部制御信号に基づき出力回路８０が第１状態から第２状態に変化する場合には、制御信号ＣＣＰにより抵抗ＲＥ２、ＲＥ４の抵抗値Ｒ２、Ｒ４を変化させることで、温度検出電圧ＶＴＳのオフセット電圧を調整する。これにより、第１温度補償電圧ＶＣＰ１を温度方向にシフトさせた第２温度補償電圧ＶＣＰ２を生成できる。
このようにすれば、温度センサー４８からの温度検出信号ＳＴＳをオフセットさせるという簡素な処理で、第１温度補償信号ＳＣＰ１を温度方向にシフトさせた第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成して、出力回路８０が第１状態から第２状態に変化することによる発熱状態の変化に起因する温度補償のずれを、適正に補正できるようになる。
図９は温度補償回路４０に含まれる関数電流生成回路１４０の構成例である。この関数電流生成回路１４０は、例えば図５の高次補正回路４４に設けられて、２次、３次等の高次の関数電流を生成する。
図９に示すように関数電流生成回路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温度範囲である低温側の温度範囲での温度補償を行い、第２補償回路１５２は、第２温度範囲である高温側の温度範囲での温度補償を行う。第１補償回路１５１、第２補償回路１５２は、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、低温側の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、高温側の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。一方、高温側の温度範囲では、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。このような関数電流生成回路１４０を用いることで、図１０に示すように、２次、３次、４次、５次などの高次の関数電流を生成できる。例えば低温側の温度範囲において第１補償回路１５１に流れる電流ＩＦを、図１０のＥ１に示す特性に設定し、高温側の温度範囲において第２補償回路１５２に流れる電流ＩＧを、Ｅ２に示す特性に設定する。これにより、Ｅ３に示すような２次の関数電流を生成できる。また低温側の温度範囲において第１補償回路１５１に流れる電流ＩＦを、図１０のＥ４に示す特性に設定し、高温側の温度範囲において第２補償回路１５２に流れる電流ＩＧを、Ｅ５に示す特性に設定する。これにより、Ｅ６に示すような３次の関数電流を生成できる。
そして本実施形態では、温度補償回路４０が、第１温度補償信号ＳＣＰ１とは温度に対する２次関数特性である２次係数の特性が異なる温度補償信号を、第２温度補償信号ＳＣＰ２として生成してもよい。例えば温度補償信号を生成する関数電流の２次係数を調整することで、発熱状態の変化に起因する温度補償のずれを補正する。
例えば図２で説明したように、出力回路８０が第１状態から第２状態に変化して、発熱状態が変化すると、振動子１０の周波数温度特性はＡ３に示すようになる一方で、回路装置２０が温度補償しようとする周波数温度特性はＡ４に示すようになり、両者にずれが生じる。このずれが原因となって、Ａ５に示すように温度補償後の周波数温度特性がフラットではなくなり、２次関数の特性になってしまう。
そこで本実施形態では、温度補償回路４０が、第１温度補償信号ＳＣＰ１とは２次係数の特性が異なる第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成することで、図２のＡ５に示す２次関数の特性を、Ａ２に示すようなフラットな特性に補正する。
このようにすれば出力回路８０が第１状態から第２状態になって、発熱状態が変化し、２次係数の特性に対応する温度補償のずれが発生するような場合にも、第１温度補償信号ＳＣＰ１とは２次係数の特性が異なる第２温度補償信号ＳＣＰ２を用いることで、このような温度補償のずれを適正に補正できるようになる。
例えば温度補償回路４０に設けられる図９の関数電流生成回路１４０は、図１０で説明したように２次の関数電流を生成できる。従って、図２のＡ５に示す２次関数の特性をキャンセルするような２次の関数電流を、温度補償回路４０の関数電流生成回路１４０が生成することで、温度補償のずれを適正に補正できるようになる。具体的には温度補償回路４０は、出力回路８０が第１状態であるとき、温度センサー４８からの温度検出信号ＳＴＳに基づいて周波数温度特性を近似する多項式の関数電流であって多項式の２次係数として第１係数を用いた関数電流を生成し、この関数電流に基づいて第１温度補償信号ＳＣＰ１を出力する。一方、温度補償回路４０は、出力回路８０が第２状態であるとき、２次係数として第１係数とは異なる第２係数を用いた関数電流を生成し、この関数電流に基づいて第２温度補償信号ＳＣＰ２を出力する。これらの関数電流の生成は、図９で説明した関数電流生成回路１４０が行う。このようにすることで、温度補償回路４０は、第１温度補償信号ＳＣＰ１とは２次係数の特性が異なる第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成できるようになる。
３．デジタル温度補償
図１１に本実施形態の回路装置２０、発振器４の詳細な他の構成例を示す。図１１では温度補償回路４０が、デジタル方式の温度補償を行うことで、クロック周波数の温度補償を実現している。図１１では、クロック信号生成回路２８が発振回路３０とＰＬＬ回路７０を含んでおり、制御回路６０が温度補償回路４０とデルタシグマ変調回路６２を含んでいる。また温度補償の係数情報等を記憶するメモリー６８が回路装置２０に設けられている。メモリー６８は例えば不揮発性メモリー等により実現できる。なお図１１において図３と同様の構成については詳細な説明を省略する。
このように図１１では、クロック信号生成回路２８は、振動子１０を発振させて発振信号ＯＳＣを生成する発振回路３０と、発振信号ＯＳＣに基づいてクロック信号ＣＫを生成するＰＬＬ回路７０を含む。例えばＰＬＬ回路７０は発振信号ＯＳＣ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。そして温度補償回路４０は、デジタル温度補償を行う温度補償回路であり、第１温度補償信号ＳＣＰ１及び第２温度補償信号ＳＣＰ２として、ＰＬＬ回路７０の分周比設定信号ＳＤＩＶを出力する。例えば出力回路８０が第１状態で動作するとき、温度補償回路４０は、出力回路８０が第１状態で動作するときの周波数温度特性を補償する第１分周比設定信号ＳＤＩＶ１を出力する。一方、出力回路８０が第２状態で動作するとき、温度補償回路４０は、出力回路８０が第２状態で動作するときの周波数温度特性を補償し且つ第１分周比設定信号ＳＤＩＶ１とは異なる第２分周比設定信号ＳＤＩＶ２を出力する。第１分周比設定信号ＳＤＩＶ１と第２分周比設定信号ＳＤＩＶ２は、温度に対する分周比設定の特性が異なっている。
このようにすれば、発振信号ＯＳＣを逓倍した周波数のクロック信号ＣＫを生成するＰＬＬ回路７０に対して、温度補償回路４０が第１温度補償信号ＳＣＰ１、第２温度補償信号ＳＣＰ２として分周比設定信号ＳＤＩＶを出力して分周回路の分周比を制御することで、デジタル方式での温度補償が可能になる。これにより温度補償が行われたクロック信号ＣＫを生成できるようになる。そして出力回路８０が第１状態である場合には、第１温度補償信号ＳＣＰ１として第１分周比設定信号ＳＤＩＶ１がＰＬＬ回路７０に出力され、出力回路８０が第２状態である場合には、第２温度補償信号ＳＣＰ２として第２分周比設定信号ＳＤＩＶ２がＰＬＬ回路７０に出力されるようになる。このようにすれば出力回路８０が第１状態から第２状態に変化して、発熱状態が変化した場合にも、発振信号の適切な温度補償が可能になり、適正に温度補償された出力クロック信号を出力できるようになる。
図１２に本実施形態の回路装置２０、発振器４の詳細な他の構成例を示す。図１２では温度補償回路４０Ａが、デジタル方式の温度補償を行い、温度補償回路４０Ｂがアナログ方式の温度補償を行うことで、クロック周波数の温度補償を実現している。例えば制御回路６０の温度補償回路４０Ａは、温度センサー４８Ａからの温度検出信号ＳＴＳＡに基づいてデジタル方式の温度補償を行う。例えば第１温度補償信号ＳＣＰ１、第２温度補償信号ＳＣＰ２として分周比設定信号ＳＤＩＶがＰＬＬ回路７０に入力されることで、デジタル方式の温度補償が実現される。また温度補償回路４０Ｂは、温度センサー４８Ｂからの温度検出信号ＳＴＳＢに基づいてアナログ方式の温度補償を行う。例えば第１温度補償信号ＳＣＰ１、第２温度補償信号ＳＣＰ２として温度補償電圧ＶＣＰが発振回路３０に入力されることで、アナログ方式の温度補償が実現される。より具体的には、温度補償回路４０Ｂによるアナログ方式の第１温度補償が行われ、このアナログ方式の第１温度補償による周波数のずれの残存成分を除去する温度補償として、温度補償回路４０Ａによるデジタル方式の第２温度補償が行われる。
なお温度センサー４８Ａ、４８Ｂとして共通の温度センサーを用いてもよい。また回路装置２０を、温度補償回路４０Ｂ、発振回路３０等が設けられる第１半導体チップと、温度補償回路４０Ａ、デルタシグマ変調回路６２、ＰＬＬ回路７０等が設けられる第２半導体チップとにより実現してもよい。
図１３にＰＬＬ回路７０、制御回路６０等の詳細な構成例を示す。ＰＬＬ回路７０は、発振信号ＯＳＣ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７０は、発振クロック信号である発振信号ＯＳＣの周波数を逓倍した周波数のクロック信号ＣＫを生成し、発振信号ＯＳＣに位相同期した高精度のクロック信号ＣＫを生成する。ＰＬＬ回路７０は、位相比較回路７２と制御電圧生成回路７４と電圧制御発振回路７６と分周回路７８と出力バッファー７９を含む。
位相比較回路７２は、基準クロック信号である発振信号ＯＳＣ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７２は、発振信号ＯＳＣとフィードバッククロック信号ＦＢＣＫの位相を比較し、発振信号ＯＳＣ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７４は、位相比較回路７２での位相比較の結果に基づいて、制御電圧ＶＣＢを生成する。例えば制御電圧生成回路７４は、位相比較回路７２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７６の発振を制御する制御電圧ＶＣＢを生成する。
ＶＣＯ（Voltage controlled oscillator）である電圧制御発振回路７６は、制御電圧ＶＣＢに対応する周波数のクロック信号ＣＫＰを生成する。例えば制御電圧生成回路７４からの制御電圧ＶＣＢに基づいて発振動作を行って、クロック信号ＣＫＰを生成する。例えば電圧制御発振回路７６は、制御電圧ＶＣＢに応じて変化する周波数のクロック信号ＣＫＰを発振動作により生成する。電圧制御発振回路７６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。そして出力バッファー７９は、クロック信号ＣＫＰをバッファリングした信号をクロック信号ＣＫとして出力する。
分周回路７８は、クロック信号ＣＫＰ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７８は、クロック信号ＣＫＰ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７６の発振の周波数をｆｖｃｏとし、分周回路７８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７２は、前述のように、発振信号ＯＳＣと、分周回路７８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。
また制御回路６０は、デルタシグマ変調回路６２と演算回路６４を含む。このデルタシグマ変調回路６２によりデルタシグマ変調を行うことで、ＰＬＬ回路７０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６４は、Ａ／Ｄ変換回路６７により温度検出信号ＳＴＳをＡ／Ｄ変換した温度検出データＤＴと、レジスター６６からの分周比設定値ＶＤＩＶに基づいて、温度補償処理を行う。この演算回路６４が図１１の温度補償回路４０や図１２の温度補償回路４０Ａに対応する。分周比設定値ＶＤＩＶはＰＬＬ回路７０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６２は、演算回路６４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７８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７８とデルタシグマ変調回路６２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７０の逓倍率の逆数を分周比としてクロック信号ＣＫＰ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７２に出力する。デルタシグマ変調回路６２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６２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７８に設定される。これによりフラクショナル－Ｎ型のＰＬＬ回路７０が実現される。
そして図１３では、各温度での分周比設定情報がレジスター６６に記憶される。例えば図１１のメモリーに、分周比設定情報が記憶されており、この分周比設定情報がレジスター６６に転送されて保持される。例えば分周比設定情報は、各温度を入力とし、各温度での分周比設定値ＶＤＩＶを出力とするルックアップテーブルにより実現できる。そして演算回路６４は、Ａ／Ｄ変換回路６７からの温度検出データＤＴと、レジスター６６の分周比設定情報とに基づいて、各温度における分周比を取得し、これにより分周比設定信号ＳＤＩＶがＰＬＬ回路７０の分周回路７８に出力されるようになる。
そして本実施形態では、出力回路８０が第１状態であるときには、第１状態に対応する第１分周比設定情報がレジスター６６から読み出されて、第１分周比設定情報と温度検出データＤＴとに基づいて、分周比設定信号ＳＤＩＶが生成される。一方、出力回路８０が第２状態であるときには、第２状態に対応する第２分周比設定情報がレジスター６６から読み出されて、第２分周比設定情報と温度検出データＤＴとに基づいて、分周比設定信号ＳＤＩＶが生成される。第１分周比設定情報は例えば第１ルックアップテーブルであり、第２分周比設定情報は例えば第２ルックアップテーブルである。このようにすることで、出力回路８０の各状態の発熱状態に応じた適正なデジタル温度補償を実現できる。
或いは、出力回路８０が第１状態から第２状態に変化したときに、温度検出データＤＴをシフトさせることで、出力回路８０の各状態の発熱状態に応じたデジタル温度補償を実現してもよい。これにより図４で説明した手法と同様に、分周比設定の特性を温度方向でシフトする手法で、デジタル温度補償を実現できるようになる。
なおデジタル温度補償としては種々の処理が考えられる。例えば学習済みモデルの情報に基づいてデジタル温度補償処理を行ってもよい。例えば制御回路６０が、温度検出データＤＴと、メモリー６８に記憶される学習済みモデルの情報とに基づいて、デジタル温度補償処理を行ってもよい。
また発振回路３０の温度補償としても種々の変形実施が可能である。例えば図１４では、温度センサー４８の温度検出信号ＳＴＳをＡ／Ｄ変換回路５２によりＡ／Ｄ変換した温度検出データＤＴが、制御回路６０に入力される。そして制御回路６０は、この温度検出データＤＴに基づいて温度補償データＤＤＳを生成し、Ｄ／Ａ変換回路５４が温度補償データＤＤＳをＤ／Ａ変換して、温度補償電圧ＶＣＰを、発振回路３０の可変容量回路３２に出力する。可変容量回路３２は、バラクター等の可変容量素子により構成され、この可変容量素子の容量が温度補償電圧ＶＣＰにより制御されることで、発振回路３０の発振周波数の温度補償が実現される。一方、図１５では、制御回路６０は、温度検出データＤＴに基づいて温度補償データＤＤＳを生成して、発振回路３０の可変容量回路３４に出力する。可変容量回路３４は、キャパシターアレイと、キャパシターアレイに接続されるスイッチアレイとにより構成されている。そしてスイッチアレイが含む複数のスイッチが、デジタルの温度補償データＤＤＳによりオン又はオフになることで、可変容量回路３４の容量が制御されて、発振回路３０の発振周波数の温度補償が実現される。
４．変形例
次に本実施形態の種々の変形例について説明する。図１６は本実施形態の回路装置２０、発振器４の第１変形例を示す図である。図１６では出力回路８０の出力クロック信号ＣＫＱのスルーレートの切替の制御に応じて、温度補償を切り替えている。このように出力回路８０の第１状態、第２状態等の各状態は、出力回路８０の出力クロック信号ＣＫＱのスルーレートの設定状態であってもよい。
例えば図１６では、制御回路６０は、少なくとも１つの外部制御信号として、出力クロック信号ＣＫＱのスルーレートの制御信号ＳＲが入力される。例えば制御信号ＳＲは、発振器４の端子ＴＳＲ、回路装置２０のパッドＰＳＲを介して制御回路６０に入力される。スルーレートの制御信号ＳＲは、例えば外部の処理システムの処理装置等が生成する。制御回路６０は、制御信号ＳＲに対応する制御信号ＣＳＲに基づいて、出力回路８０のスルーレートを制御する。そして出力回路８０は、第１状態のときに、第１スルーレートの出力クロック信号ＣＫＱを出力し、第２状態のときに、第２スルーレートの出力クロック信号ＣＫＱを出力する。第２スルーレートは第１スルーレートとは異なるスルーレートであり、例えば第１スルーレートよりも高いスルーレートである。またスルーレートは、出力クロック信号ＣＫＱの立ち上がりの傾き又は立ち下がりの傾きに対応するものであり、出力クロック信号ＣＫＱの立ち上がり時間又は立ち下がり時間などにより規定される。例えば出力クロック信号ＣＫＱのスルーレートを遅いスルーレートに設定すれば、出力回路８０の消費電流は少なく、発熱量も少ないが、出力クロック信号ＣＫＱのスルーレートを速いスルーレートに設定すると、出力回路８０の消費電流は多くなり、発熱量が増加する。そこで本実施形態では、出力クロック信号ＣＫＱのスルーレートの切り替えに伴う発熱量の変化に起因する温度補償のずれを補償する。例えば出力回路８０が、第１スルーレートの出力クロック信号ＣＫＱを出力する第１状態である場合には、温度補償回路４０は、第１スルーレートの第１状態に対応する第１温度補償信号ＳＣＰ１を出力し、この第１温度補償信号ＳＣＰ１に基づいて温度補償が行われるようになる。また出力回路８０が、第２スルーレートの出力クロック信号ＣＫＱを出力する第２状態である場合には、温度補償回路４０は、第２スルーレートの第２状態に対応する第２温度補償信号ＳＣＰ２を出力し、この第２温度補償信号ＳＣＰ２に基づいて温度補償が行われるようになる。なお出力回路８０は、第３スルーレートの出力クロック信号ＣＫＱを出力する第３状態等の３以上の複数のスルーレートに対応する複数の状態で動作してもよい。
このようにすれば、スルーレートが第１スルーレートから第２スルーレートに切り替わって、出力回路８０の発熱状態が変化した場合に、発熱状態に応じた適切な温度補償を実現することが可能になる。例えば第２スルーレートが第１スルーレートよりも速いスルーレートであり、発熱量が多くなる場合には、第１温度補償信号ＳＣＰ１を温度方向にシフトした第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成することで、スルーレートに対応する発熱状態に応じた適切な温度補償を実現できるようになる。
図１７は出力回路８０に設けられるスルーレート制御回路８４の構成例である。このスルーレート制御回路８４は例えば出力回路８０のバッファー回路に設けられる。スルーレート制御回路８４は、トランジスターＴＡ１～ＴＡ８と、抵抗ＲＡ１～ＲＡ７を含む。トランジスターＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３、ＴＡ７は例えばＰ型のトランジスターであり、トランジスターＴＡ４、ＴＡ５、ＴＡ６、ＴＡ８は例えばＮ型のトランジスターである。トランジスターＴＡ７はＶＤＤノードとノードＮＡ１との間に設けられ、信号ＰＩＮによりオン又はオフされる。トランジスターＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３と、抵抗ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３は、ノードＮＡ１とノードＮＡ２の間に、各トランジスターと各抵抗が直列接続されるように設けられる。そしてトランジスターＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３のゲートには、スルーレートの制御信号ＣＳＲ１、ＣＳＲ２、ＣＳＲ３が入力される。
またトランジスターＴＡ８はＧＮＤノードとノードＮＡ３との間に設けられ、信号ＮＩＮによりオン又はオフされる。トランジスターＴＡ４、ＴＡ５、ＴＡ６と、抵抗ＲＡ４、ＲＡ５、ＲＡ６は、ノードＮＡ３とノードＮＡ２の間に、各トランジスターと各抵抗が直列接続されるように設けられる。そしてトランジスターＴＡ４、ＴＡ５、ＴＡ６のゲートには、スルーレートの制御信号ＣＳＲ４、ＣＳＲ５、ＣＳＲ６が入力される。またノードＮＡ２は抵抗ＲＡ７を介して、外部の負荷ＣＬに接続される。
図１７のスルーレート制御回路８４によれば、制御回路６０からのスルーレートの制御信号ＣＳＲ１、ＣＳＲ２、ＣＳＲ３によりトランジスターＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３のオン、オフを設定することで、出力クロック信号ＣＫＱの立ち上がりのスルーレートを制御できる。即ち制御信号ＣＳＲ１、ＣＳＲ２、ＣＳＲ３により、Ｐ側の出力トランジスターを構成するトランジスターＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３のオン、オフを設定することで、Ｐ側の出力トランジスターの駆動能力を制御して、立ち上がりのスルーレートを制御できるようになる。また制御回路６０からのスルーレートの制御信号ＣＳＲ４、ＣＳＲ５、ＣＳＲ６によりトランジスターＴＡ４、ＴＡ５、ＴＡ６のオン、オフを設定することで、出力クロック信号ＣＫＱの立ち下がりのスルーレートを制御できる。即ち制御信号ＣＳＲ４、ＣＳＲ５、ＣＳＲ６により、Ｎ側の出力トランジスターを構成するトランジスターＴＡ４、ＴＡ５、ＴＡ６のオン、オフを設定することで、Ｎ側の出力トランジスターの駆動能力を制御して、立ち下がりのスルーレートを制御できるようになる。
そして、このようにスルーレートの設定により出力トランジスターの駆動能力が変化すると、高電位側電源であるＶＤＤから低電位側電源であるＧＮＤへ直接流れ込む貫通電流の変化により、出力回路８０の発熱状態も変化してしまい、温度補償のズレが発生してしまう。
この点、本実施形態では、出力回路８０の出力トランジスターが第１スルーレートに設定される第１状態のときには、第１スルーレートの第１状態に対応する第１温度補償信号ＳＣＰ１により温度補償が行われる。また出力回路８０の出力トランジスターが第２スルーレートに設定される第２状態のときには、第２スルーレートの第２状態に対応する第２温度補償信号ＳＣＰ２により温度補償が行われる。従って、出力回路８０のスルーレートの設定により発熱状態が変化した場合にも、クロック周波数の適切な温度補償が可能になる。
図１８は本実施形態の回路装置２０、発振器４の第２変形例を示す図である。図１８では、外部制御信号ＣＮＴが制御回路６０に入力されている。具体的には外部の処理システムの処理装置等からの外部制御信号ＣＮＴが、発振器４の端子ＴＣＮＴ、回路装置２０のパッドＰＣＮＴを介して制御回路６０に入力される。そして制御回路６０は、この外部制御信号ＣＮＴに応じて直接に温度補償を切り替える。例えば外部制御信号ＣＮＴに応じて、温度補償回路４０が第１温度補償信号ＳＣＰ１を生成して、第１温度補償信号ＳＣＰ１に基づく温度補償を行ったり、温度補償回路４０が第２温度補償信号ＳＣＰ２を生成して、第２温度補償信号ＳＣＰ２に基づく温度補償を行う。例えば出力クロック信号ＣＫＱの端子ＴＣＫでの負荷の変化に応じて、外部の処理装置が外部制御信号ＣＮＴの電圧レベルを変化させる。例えば処理装置は、出力クロック信号ＣＫＱの端子ＴＣＫの負荷が小さい場合には、外部制御信号ＣＮＴを第１電圧レベルに設定し、端子ＴＣＫの負荷が大きい場合には、外部制御信号ＣＮＴを第２電圧レベルに設定する。出力クロック信号ＣＫＱの端子ＴＣＫの負荷が変化すると、出力回路８０の状態も例えば第１状態、第２状態というように変化する。そして制御回路６０は、外部制御信号ＣＮＴの電圧レベルの変化に応じて、制御信号ＣＣＰを用いて温度補償回路４０の温度補償を切り替える。例えば外部制御信号ＣＮＴが第１電圧レベルである場合には、第１温度補償信号ＳＣＰ１により温度補償が行われ、外部制御信号ＣＮＴが第２電圧レベルである場合には、第２温度補償信号ＳＣＰ２により温度補償が行われる。このようにすれば、外部制御信号ＣＮＴに応じた直接的な温度補償の切り替え制御を実現できるようになる。例えば出力クロック信号ＣＫＱの端子ＴＣＫの負荷の変化などの外部変化に伴う発熱量の変化に応じた温度補償のずれを補正できるようになる。
また図１８において、外部制御信号ＣＮＴとしてアナログの外部制御電圧を回路装置２０に入力し、このアナログの外部制御電圧を不図示のＡ／Ｄ変換回路によりＡ／Ｄ変換した外部制御データを制御回路６０に入力するようにしてもよい。そして制御回路６０は、この外部制御データに基づいて温度補償回路４０の温度補償を切り替える。このようにすれば、外部制御電圧に応じた温度補償の切り替え制御を実現できるようになる。例えば外部の負荷の変化等に起因する発熱量の変化に合わせて、外部制御電圧が変化することで、様々な発熱量の変化に対応できるようになる。
５．発振器
図１９に本実施形態の発振器４の第１構造例を示す。図１９はシングルシールのパッケージの発振器４の構造例である。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。
図２０に発振器４の第２構造例を示す。図２０はＨ型のパッケージの発振器４の構造例である。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。
以上のように図１９では、発振器４は、１つの収容空間に振動子１０及び回路装置２０が収容されるシングルシールのパッケージ１５を含んでいる。このようなシングルシールパッケージによれば発振器４の小型化を実現できる。一方、シングルシールパッケージの発振器４では、同じ収容空間に振動子１０と回路装置２０が収容されるため、発熱の影響を受けやすい。このため本実施形態のように出力回路８０の状態や外部制御信号の状態に応じた温度補償の切り替えによる補正の効果が高くなる。一方、図２０のようなＨ型パッケージの発振器４では、回路装置２０が外気に接ししているため、回路装置２０の発熱による影響も小さく、回路装置２０の発熱が振動子１０に伝わりにくくなる。しかしながらこのようなＨ型パッケージの発振器４においても、出力回路８０の状態や外部制御信号の状態に応じた本実施形態の温度補償の切り替え手法は有効である。
以上に説明したように本実施形態の回路装置は、振動子を発振させた発振信号に基づくクロック信号を生成するクロック信号生成回路と、第１状態、又は第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作し、クロック信号に基づいて少なくとも１つの出力クロック信号を出力する出力回路と、温度センサーからの温度検出信号に基づいて、クロック信号の周波数温度特性を補償する温度補償回路を含む。そして出力回路が第１状態で動作するとき、温度補償回路は、出力回路が第１状態で動作するときの周波数温度特性を補償する第１温度補償信号を出力し、クロック信号生成回路は、第１温度補償信号に基づいてクロック信号を生成する。また出力回路が第２状態で動作するとき、温度補償回路は、出力回路が第２状態で動作するときの周波数温度特性を補償し且つ第１温度補償信号とは異なる第２温度補償信号を出力し、クロック信号生成回路は、第２温度補償信号に基づいてクロック信号を生成する。
本実施形態によれば、出力回路が第１状態で動作し、第１消費電流が流れたときには、第１温度補償信号に基づき温度補償されたクロック信号を生成できるようになる。また出力回路が第２状態で動作し、第２消費電流が流れたときには、第２温度補償信号に基づき温度補償されたクロック信号を生成できるようになる。従って、出力回路の各状態に応じた適切な温度補償信号でクロック信号の周波数温度特性を補償できるようになり、出力クロック信号の周波数特性を向上できるようになる。
また本実施形態では、では、少なくとも１つの外部制御信号が入力され、外部制御信号に基づいて出力回路の第１状態と第２状態を切り替える制御回路を含んでもよい。
このようにすれば、外部制御信号により出力回路が第１状態から第２状態に切り替わって、発熱状態が変化した場合にも、適正に温度補償された出力クロック信号を出力できるようになる。
また本実施形態では、制御回路は、少なくとも１つの外部制御信号として、第１イネーブル制御信号と第２イネーブル制御信号が入力されてもよい。そして出力回路は、第１イネーブル制御信号がアクティブのとき、第１出力クロック信号を出力し、第２イネーブル制御信号がアクティブのとき、第２出力クロック信号を出力してもよい。
このようにすれば、第１イネーブル制御信号、第２イネーブル制御信号の設定により、出力回路の状態が変化して発熱状態が変化した場合にも、出力回路の状態に応じた温度補償信号で適切な温度補償を行えるようになる。
また本実施形態では、第１状態は、第１出力クロック信号が出力される状態であり、第２状態は、第１出力クロック信号及び第２出力クロック信号の両方が出力される状態であってもよい。
このようにすれば、第１出力クロック信号が出力される第１状態から、第１出力クロック信号及び第２出力クロック信号の両方が出力される第２状態に切り替わると、第１状態に対応する第１温度補償信号から第２状態に対応する第２温度補償信号に切り替わって、温度補償が行われるようになる。
また本実施形態では、出力回路は、クロック信号に基づいて第１出力クロック信号を出力する第１バッファー回路と、クロック信号に基づいて第２出力クロック信号を出力する第２バッファー回路と、を含んでもよい。そして第１状態において、第１バッファー回路が第１出力クロック信号を出力し、第２状態において、第１バッファー回路が第１出力クロック信号を出力し、且つ第２バッファー回路が第２出力クロック信号を出力してもよい。
このようにすれば、出力回路が第１状態である場合は、第１温度補償信号に基づき温度補償されたクロック信号に基づいて、第１バッファー回路が第１出力クロック信号を出力するになる。一方、出力回路が第２状態である場合は、第２温度補償信号に基づき温度補償されたクロック信号に基づいて、第１バッファー回路８１が第１出力クロック信号を出力し、第２バッファー回路が第２出力クロック信号を出力するようになる。
また本実施形態では、制御回路は、少なくとも１つの外部制御信号として、出力クロック信号のスルーレートの制御信号が入力され、出力回路は、第１状態のときに、第１スルーレートの出力クロック信号を出力し、第２状態のときに、第２スルーレートの出力クロック信号を出力してもよい。
このようにすれば、スルーレートが第１スルーレートから第２スルーレートに切り替わって、出力回路の発熱状態が変化した場合に、発熱状態に応じた適切な温度補償を実現することが可能になる。
また本実施形態では、温度補償回路は、第１温度補償信号を温度方向にシフトさせることで、第１温度補償信号とは異なる第２温度補償信号を生成してもよい。
このようにすれば、出力回路が第１状態から第２状態に変化して、発熱状態が変化すると、第１温度補償信号を温度方向にシフトさせた第２温度補償信号により、クロック周波数を適正に温度補償することが可能になる。
また本実施形態では、温度補償回路は、出力回路が第２状態であるとき、温度センサーからの温度検出信号をオフセットさせて第２温度補償信号を生成することで、第１温度補償信号を温度方向にシフトさせた第２温度補償信号を生成してもよい。
このようにすれば、温度センサーからの温度検出信号をオフセットさせるという簡素な処理で、第１温度補償信号を温度方向にシフトさせた第２温度補償信号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温度補償信号とは温度に対する少なくとも２次係数の特性が異なる温度補償信号を、第２温度補償信号として生成してもよい。
このようにすれば出力回路が第１状態から第２状態になって、発熱状態が変化し、２次係数等の特性に対応する温度補償のずれが発生するような場合にも、第１温度補償信号とは少なくとも２次係数の特性が異なる第２温度補償信号を用いることで、温度補償のずれを適正に補正できるようになる。
また本実施形態では、クロック信号生成回路は、振動子を発振させて発振信号を生成する発振回路を含み、温度補償回路は、アナログ温度補償を行う温度補償回路であり、第１温度補償信号及び第２温度補償信号として、発振信号の温度補償電圧を発振回路に出力してもよい。
このようにすれば、振動子を振動させる発振回路に対して、第１温度補償信号、第２温度補償信号として温度補償電圧が出力されることで、アナログ方式での発振周波数の温度補償が可能になる。
また本実施形態では、クロック信号生成回路は、振動子を発振させて発振信号を生成する発振回路と、発振信号に基づいてクロック信号を生成するＰＬＬ回路と、を含んでもよい。そして温度補償回路は、デジタル温度補償を行う温度補償回路であり、第１温度補償信号及び第２温度補償信号として、ＰＬＬ回路の分周比設定信号を出力してもよい。
このようにすれば、ＰＬＬ回路に対して、第１温度補償信号、第２温度補償信号として分周比設定信号が出力されて分周比が制御されることで、デジタル方式での温度補償が可能になる。
また本実施形態の発振器は、振動子と、回路装置を含む。また回路装置は、振動子を発振させた発振信号に基づくクロック信号を生成するクロック信号生成回路と、第１状態、又は第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作し、クロック信号に基づいて少なくとも１つの出力クロック信号を出力する出力回路と、温度センサーからの温度検出信号に基づいて、クロック信号の周波数温度特性を補償する温度補償回路と、を含む。そして出力回路が第１状態で動作するとき、温度補償回路は、出力回路が第１状態で動作するときの周波数温度特性を補償する第１温度補償信号を出力し、クロック信号生成回路は、第１温度補償信号に基づいてクロック信号を生成する。また出力回路が第２状態で動作するとき、温度補償回路は、出力回路が第２状態で動作するときの周波数温度特性を補償し且つ第１温度補償信号とは異なる第２温度補償信号を出力し、クロック信号生成回路は、第２温度補償信号に基づいてクロック信号を生成する。
本実施形態によれば、出力回路が第１状態で動作し、第１消費電流が流れたときには、第１温度補償信号に基づき温度補償されたクロック信号を生成できるようになる。また出力回路が第２状態で動作し、第２消費電流が流れたときには、第２温度補償信号に基づき温度補償されたクロック信号を生成できるようになる。従って、出力回路の各状態に応じた適切な温度補償信号でクロック信号の周波数温度特性を補償できるようになり、出力クロック信号の周波数特性を向上できるようになる。
また本実施形態では、１つの収容空間に振動子及び回路装置が収容されるシングルシールのパッケージを含んでもよい。
このようなシングルシールパッケージの発振器によれば、同じ収容空間に振動子と回路装置が収容されるため、出力回路の状態に応じた温度補償の切り替えによる補正の効果が高くなる。
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、１９…外部端子、２０…回路装置、２８…クロック信号生成回路、３０…発振回路、３２、３４…可変容量回路、４０、４０Ａ、４０Ｂ…温度補償回路、４２…電流生成回路、４３…１次補正回路、４４…高次補正回路、４６…電流電圧変換回路、４７…バッファー回路、４８、４８Ａ、４８Ｂ…温度センサー、５２…Ａ／Ｄ変換回路、５４…Ｄ／Ａ変換回路、６０…制御回路、６２…デルタシグマ変調回路、６４…演算回路、６６…レジスター、６７…Ａ／Ｄ変換回路、６８…メモリー、７０…ＰＬＬ回路、７２…位相比較回路、７４…制御電圧生成回路、７６…電圧制御発振回路、７８…分周回路、７９…出力バッファー、８０…出力回路、８１…第１バッファー回路、８２…第２バッファー回路、８４…スルーレート制御回路、９０…電源回路、１４０…関数電流生成回路、１４１…基準電流生成回路、１５１…第１補償回路、１５２…第２補償回路、ＣＢＦ１、ＣＢＦ２、ＣＣＰ…制御信号、ＣＫ…クロック信号、ＣＫＱ…出力クロック信号、ＣＫＱ１…第１出力クロック信号、ＣＫＱ２…第２出力クロック信号、ＣＬ…負荷、ＣＮＴ…外部制御信号、ＣＳＲ、ＣＳＲ１～ＣＳ６…制御信号、ＤＴ…温度検出データ、ＦＢＣＫ…フィードバッククロック信号、ＯＥ１…第１イネーブル制御信号、ＯＥ２…第２イネーブル制御信号、ＯＳＣ…発振信号、ＰＣＫ、ＰＣＫ１、ＰＣＫ２、ＰＣＮＴ、ＰＧＮＤ、ＰＯＥ１、ＰＯＥ２、ＰＳＲ、ＰＶＤＤ、ＰＸ１、ＰＸ２…パッド、ＳＣＰ１…第１温度補償信号、ＳＣＰ２…第２温度補償信号、ＳＤＩＶ…分周比設定信号、ＳＲ…制御信号、ＳＴＳ、ＳＴＳＡ、ＳＴＳＢ…温度検出信号、ＴＣＫ、ＴＣＮＴ、ＴＧＮＤ、ＴＯＥ１、ＴＯＥ２、ＴＳＲ…端子、ＴＶＤＤ…端子、ＶＣＰ…温度補償電圧、ＶＣＰ１…第１温度補償電圧、ＶＣＰ２…第２温度補償電圧、ＶＴＳ…温度検出電圧

Claims (13)

  1. 振動子を発振させた発振信号に基づくクロック信号を生成するクロック信号生成回路と、
    第１状態、又は前記第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作し、前記クロック信号に基づいて少なくとも１つの出力クロック信号を出力する出力回路と、
    温度センサーからの温度検出信号に基づいて、前記クロック信号の周波数温度特性を補償する温度補償回路と、
    を含み、
    前記出力回路が前記第１状態で動作するとき、
    前記温度補償回路は、前記出力回路が前記第１状態で動作するときの前記周波数温度特性を補償する第１温度補償信号を出力し、
    前記クロック信号生成回路は、前記第１温度補償信号に基づいて前記クロック信号を生成し、
    前記出力回路が前記第２状態で動作するとき、
    前記温度補償回路は、前記出力回路が前記第２状態で動作するときの前記周波数温度特性を補償し且つ前記第１温度補償信号とは異なる第２温度補償信号を出力し、
    前記クロック信号生成回路は、前記第２温度補償信号に基づいて前記クロック信号を生成す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、
    少なくとも１つの外部制御信号が入力され、前記外部制御信号に基づいて前記出力回路の前記第１状態と前記第２状態を切り替える制御回路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、
    前記制御回路は、
    少なくとも１つの前記外部制御信号として、第１イネーブル制御信号と第２イネーブル制御信号が入力され、
    前記出力回路は、
    前記第１イネーブル制御信号がアクティブのとき、第１出力クロック信号を出力し、
    前記第２イネーブル制御信号がアクティブのとき、第２出力クロック信号を出力することを特徴とする回路装置。
  4. 請求項３に記載の回路装置において、
    前記第１状態は、前記第１出力クロック信号が出力される状態であり、
    前記第２状態は、前記第１出力クロック信号及び前記第２出力クロック信号の両方が出力される状態であることを特徴とする回路装置。
  5. 請求項３に記載の回路装置において、
    前記出力回路は、
    前記クロック信号に基づいて前記第１出力クロック信号を出力する第１バッファー回路と、
    前記クロック信号に基づいて前記第２出力クロック信号を出力する第２バッファー回路と、
    を含み、
    前記第１状態において、前記第１バッファー回路が前記第１出力クロック信号を出力し、
    前記第２状態において、前記第１バッファー回路が前記第１出力クロック信号を出力し、且つ前記第２バッファー回路が前記第２出力クロック信号を出力することを特徴とする回路装置。
  6. 請求項２に記載の回路装置において、
    前記制御回路は、
    少なくとも１つの前記外部制御信号として、前記出力クロック信号のスルーレートの制御信号が入力され、
    前記出力回路は、
    前記第１状態のときに、第１スルーレートの前記出力クロック信号を出力し、
    前記第２状態のときに、第２スルーレートの前記出力クロック信号を出力することを特徴とする回路装置。
  7. 請求項１乃至６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温度補償信号を温度方向にシフトさせることで、前記第１温度補償信号とは異なる前記第２温度補償信号を生成することを特徴とする回路装置。
  8. 請求項７に記載の回路装置において、
    前記温度補償回路は、
    前記出力回路が前記第２状態であるとき、前記温度センサーからの前記温度検出信号をオフセットさせて前記第２温度補償信号を生成することで、前記第１温度補償信号を前記温度方向にシフトさせた前記第２温度補償信号を生成することを特徴とする回路装置。
  9. 請求項１乃至６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温度補償信号とは温度に対する少なくとも２次係数の特性が異なる温度補償信号を、前記第２温度補償信号として生成することを特徴とする回路装置。
  10. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記クロック信号生成回路は、
    前記振動子を発振させて前記発振信号を生成する発振回路を含み、
    前記温度補償回路は、
    アナログ温度補償を行う温度補償回路であり、前記第１温度補償信号及び前記第２温度補償信号として、前記発振信号の温度補償電圧を前記発振回路に出力することを特徴とする回路装置。
  11. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回路装置において、
    前記クロック信号生成回路は、
    前記振動子を発振させて前記発振信号を生成する発振回路と、
    前記発振信号に基づいて前記クロック信号を生成するＰＬＬ回路と、
    を含み、
    前記温度補償回路は、
    デジタル温度補償を行う温度補償回路であり、前記第１温度補償信号及び前記第２温度補償信号として、前記ＰＬＬ回路の分周比設定信号を出力することを特徴とする回路装置。
  12. 振動子と、
    回路装置を含み、
    前記回路装置は、
    前記振動子を発振させた発振信号に基づくクロック信号を生成するクロック信号生成回路と、
    第１状態、又は前記第１状態とは消費電流が異なる第２状態で動作し、前記クロック信号に基づいて少なくとも１つの出力クロック信号を出力する出力回路と、
    温度センサーからの温度検出信号に基づいて、前記クロック信号の周波数温度特性を補償する温度補償回路と、
    を含み、
    前記出力回路が前記第１状態で動作するとき、
    前記温度補償回路は、前記出力回路が前記第１状態で動作するときの前記周波数温度特性を補償する第１温度補償信号を出力し、
    前記クロック信号生成回路は、前記第１温度補償信号に基づいて前記クロック信号を生成し、
    前記出力回路が前記第２状態で動作するとき、
    前記温度補償回路は、前記出力回路が前記第２状態で動作するときの前記周波数温度特性を補償し且つ前記第１温度補償信号とは異なる第２温度補償信号を出力し、
    前記クロック信号生成回路は、前記第２温度補償信号に基づいて前記クロック信号を生成することを特徴とする発振器。
  13. 請求項１２に記載の発振器において、
    １つの収容空間に前記振動子及び前記回路装置が収容されるシングルシールのパッケージを含むことを特徴とする発振器。
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