JP2736431B2 - Crystal oscillator temperature compensation circuit - Google Patents

Crystal oscillator temperature compensation circuit

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JP2736431B2
JP2736431B2 JP1051794A JP5179489A JP2736431B2 JP 2736431 B2 JP2736431 B2 JP 2736431B2 JP 1051794 A JP1051794 A JP 1051794A JP 5179489 A JP5179489 A JP 5179489A JP 2736431 B2 JP2736431 B2 JP 2736431B2
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、一般的に、水晶発振器の温度補償回路に関
する。特に、本発明は、1つの改善された水晶発振器の
温度補償回路に関し、結果として非常に高度の周波数安
定性を生じ、完全に集積化されていて、かつメモリ及び
プロセス(処理)時間を最小化する組み合わされたディ
ジタル/アナログ補償回路を提供し、しかも、各々の温
度区分に対して独立な補償を与えている。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention generally relates to a temperature compensation circuit of a crystal oscillator. In particular, the present invention relates to one improved crystal oscillator temperature compensation circuit, which results in a very high degree of frequency stability, is fully integrated, and minimizes memory and process time. A combined digital / analog compensation circuit that provides independent compensation for each temperature segment.

[従来の技術] 周波数決定水晶を具備する発振器は、安定な出力周波
数を与えるためによく、用いられている。しかしなが
ら、このような発振器において用いられる水晶は、温度
に対して敏感であり、従って、安定な発振器出力周波数
を維持するためには、温度補償装置が通常必要とされて
いる。1つの一般的に受容された方法は、温度可変電圧
を発生しかつそれを水晶発振器の共振周波数を制御する
ためのバラクタの両端に印加することである。
2. Description of the Related Art An oscillator provided with a frequency determining crystal is often used to provide a stable output frequency. However, the crystals used in such oscillators are sensitive to temperature, and therefore, a temperature compensator is usually needed to maintain a stable oscillator output frequency. One generally accepted method is to generate a temperature variable voltage and apply it across a varactor to control the resonant frequency of the crystal oscillator.

米国特許第4,254,382号明細書において、ケラーら(K
eller et al.)は、高温及び低温範囲に対しては非線型
な温度変化を発生しかつ中間的な温度範囲に対しては線
型な温度変動を発生させる3段の回路手段を利用する補
償回路に開示している。
In U.S. Pat. No. 4,254,382, Keller et al.
eller et al.) provide a compensation circuit that utilizes a three-stage circuit means to generate a non-linear temperature change for high and low temperature ranges and a linear temperature change for intermediate temperature ranges. Is disclosed.

回路的には、3つの回路の出力を組み合わせ、かつ水
晶として同一の温度変動と共に制御電圧を発生してい
る。この手段は、比較的良好に動作しているが、この特
別の回路はより多くの個別部品を必要とし、AT型カット
の水晶に関してのみ最も良好に動作するように思われ、
しかも、それらの水晶の製造においてレーザーを用いる
ことを必要としており、すべての水晶は集合的にひとま
とめにして、結果的に全体的により低い歩留りを生ずる
ことになっている。
In terms of a circuit, the outputs of the three circuits are combined, and a control voltage is generated together with the same temperature fluctuation as a crystal. While this measure works relatively well, this particular circuit requires more discrete components and seems to work best only with AT-cut crystals.
Moreover, the use of lasers in the manufacture of these crystals requires that all the crystals be grouped together, resulting in an overall lower yield.

アナログ的な補償の方法では、その各々は広い温度範
囲にわたって動作する個別の補償区分を具備している。
必要な周波数対温度安定性が時間とともに増加するにつ
れて、補償回路と水晶との間の整合性の度合いが、臨界
的になってきている。このゆえに、精密な整合性が、広
い温度範囲にわたって、補償回路への限定された調整を
もって維持されなければならない。このことは、コスト
的に有効な方法で行なうのが非常に難しい。特に、アナ
ログ補償区分は、通常区分間でいくつかの相互作用を持
っているからである。ディジタルな補償の方法に関して
は、このようなことは各々の補償の点が容易な処理を助
長する特定の温度に対して良好に限定されているという
利点を持っていた。しかしながら、数多くの温度点と長
い処理時間を有する高い安定性の温度補償水晶発振器に
対し、非常に大きなメモリや大きなアナログディジタル
変換器が必要とされるという欠点がある。さらに加え
て、各々の発振器は特別注文のプログラム可能なメモリ
デバイスを必要とするであろう。
With analog compensation methods, each has a separate compensation section that operates over a wide temperature range.
As the required frequency versus temperature stability increases over time, the degree of matching between the compensation circuit and the crystal has become critical. For this reason, close alignment must be maintained over a wide temperature range with limited adjustments to the compensation circuit. This is very difficult to do in a cost effective way. In particular, analog compensation sections usually have some interaction between them. With respect to digital compensation methods, this has the advantage that each compensation point is well defined for a particular temperature which facilitates easy processing. However, for a highly stable temperature compensated crystal oscillator having many temperature points and long processing times, there is a disadvantage that a very large memory and a large analog-to-digital converter are required. In addition, each oscillator will require a custom programmable memory device.

[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、高度の周波数安定性を与え、完全に
集積化されかつ信頼性に対する高いプロセス(処理)の
歩留りを与えることのできる改良された水晶発振器の温
度補償回路を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an improved crystal oscillator which provides a high degree of frequency stability, is fully integrated and can provide high process (processing) yield for reliability. It is to provide a temperature compensation circuit.

また、本発明の他の目的は、特定の温度範囲、特定の
最大周波数偏差及び特定の最大傾斜内に含まれる他の型
の水晶の勿論のこと、ともに正負両方の角度のATカット
の水晶を補償できる水晶発振器の温度補償回路を提供す
ることである。
It is another object of the present invention to provide AT-cut crystals having both positive and negative angles, as well as other types of crystals included within a specific temperature range, a specific maximum frequency deviation and a specific maximum slope. An object of the present invention is to provide a crystal oscillator temperature compensation circuit that can compensate.

[課題を解決するための手段] 本発明の1つの面に従えば、傾斜を可変にする手段、
極性を変える手段、及び切片を変更する手段を具備する
可変傾斜発生器を含む、周波数決定水晶を有する発振器
用の温度補償回路が提供されている。
[Means for Solving the Problems] According to one aspect of the present invention, means for varying the inclination,
A temperature compensation circuit is provided for an oscillator having a frequency determining crystal, including a variable slope generator with means for changing polarity and means for changing intercept.

本発明の別の面に従えば、温度検出手段、複数の温度
範囲に対応して、データを蓄積する手段、及び温度検出
手段結合されるアナログディジタル変換器から構成され
た周波数決定水晶を具備する発振器用の温度補償回路が
与えられている。その回路は、さらに、傾斜を可変にす
る手段、極性を変化する手段、及び切片を変化する手段
を有する可変傾斜発生器を含んでいる。その回路は、ま
た、補償回路の温度データを更新する手段を含んでい
る。
According to another aspect of the invention, the apparatus includes a temperature detecting means, a means for accumulating data corresponding to a plurality of temperature ranges, and a frequency determining crystal comprising an analog-to-digital converter coupled to the temperature detecting means. A temperature compensation circuit for the oscillator is provided. The circuit further includes a variable slope generator having means for changing the slope, means for changing the polarity, and means for changing the intercept. The circuit also includes means for updating the temperature data of the compensation circuit.

本発明の別の面に従えば、温度の検出するための手
段、発生発振器及び発振器に結合され、傾斜を可変にす
る手段、極性を変化させる手段、及び切片を変更する手
段を含む可変傾斜発生器を具えた温度補償回路、を含む
周波数決定水晶を有する発振器の温度を補償するための
システムが与えられている。その回路は、また、複数の
温度範囲に対応してデータを蓄積する手段を含み、その
データ蓄積手段は補償回路に結合されている。その回路
は、さらにまた1つのアナログディジタル変換器を含ん
でおり、補償回路の温度情報を更新させるための手段を
含んでいる。
In accordance with another aspect of the invention, a variable slope generator comprising means for detecting temperature, a generator, and means for varying the slope, means for changing polarity, and means for changing the intercept, coupled to the oscillator. A system is provided for compensating for the temperature of an oscillator having a frequency determining crystal including a temperature compensating circuit comprising a vessel. The circuit also includes means for storing data corresponding to the plurality of temperature ranges, the data storage means being coupled to the compensation circuit. The circuit further includes an analog-to-digital converter and includes means for updating the temperature information of the compensation circuit.

本発明のさらに別の面に従えば、傾斜を変化させる手
段、極性を変化させる手段、切片を変更する手段、及び
回路の動作範囲全体にわたって回路における利得を設定
するための手段を具備する温度可変電圧発生器を含む温
度可変電圧を発生させる回路が与えられている。
According to yet another aspect of the invention, a temperature variable comprising means for changing the slope, means for changing the polarity, means for changing the intercept, and means for setting the gain in the circuit over the entire operating range of the circuit. A circuit is provided for generating a variable temperature voltage including a voltage generator.

従って、本発明の構成は以下に示す通りである。即
ち、所定の周波数対温度特性を有する水晶と、前記水晶
に接続されアナログ制御電圧に応答して水晶発振器の出
力周波数を変更する電圧依存リアクタンス(36)とによ
って決定される出力周波数を有する水晶発振器の温度補
償回路(10)であって、 前記温度補償回路(10)の動作温度範囲内の複数の動
作温度区分に対応するデータを記憶し、かつ記憶された
データに基づいて複数のディジタル制御信号を発生する
メモリ手段(12)と、 動作温度範囲内の選択された動作温度区分にわたり実
質的に直線的な電流対温度変化を発生する温度依存電流
発生手段とを具え、 前記温度依存電流発生手段は、 前記メモリ手段(12)に結合され、複数のディジタル
制御信号の内の第1ディジタル制御信号に応答して動作
温度範囲内の選択された動作温度区分に対する電源電流
を発生する調整可能な電流源(22)と、 第1アナログ電圧入力端子と、第2アナログ電圧入力
端子と、前記電流源(22)に結合され前記電源電流を受
け取るアナログ電流入力端子とを有する単一の差動増幅
器(20)と、 前記差動増幅器(20)の前記第1アナログ電圧入力端
子に接続され、周囲温度に比例する温度依存出力電圧を
発生する温度センサ(14)と、 前記メモリ手段(12)及び前記差動増幅器(20)の前
記第2アナログ電圧入力端子に結合され、前記複数のデ
ィジタル制御信号の内の第2ディジタル制御信号に応答
して前記動作温度範囲内の前記選択された動作温度区分
にわたり一定のアナログ基準電圧を発生する電圧発生器
(18)とから構成され、ここで前記差動増幅器(20)は
前記温度センサ(14)の前記温度依存出力電圧と前記電
圧発生器(18)の前記アナログ基準電圧との間の差電圧
に応答して実質的に直線的な電流対温度変化を発生する
ことを特徴とし、 更に前記水晶発振器の温度補償回路(10)は、 前記メモリ手段(12)及び前記差動増幅器(20)の出
力端子に結合され、前記複数のディジタル制御信号の内
の第3ディジタル制御信号に応答して実質的に直線的な
電流対温度変化の極性を変更する傾斜極性変更手段(2
6)と、 前記メモリ手段(12)及び前記傾斜極性変更手段(2
6)の出力端子に結合され、前記複数のディジタル制御
信号の内の第4ディジタル制御信号に応答して実質的に
直線的な電流対温度変化の大きさを調整して調整された
実質的に直線的な電流対温度変化を発生する電流レベル
調整手段(28)と、 前記メモリ手段(12)及び前記電流レベル調整手段
(28)に結合され、前記複数のディジタル制御信号の内
の第5ディジタル制御信号に応答して直流電流を前記調
整された実質的に直線的な電流対温度変化に適用して、
直流に調整された温度依存電流を発生するDCオフセット
手段(30)と、 前記電流レベル調整手段(28)の出力端子及び前記DC
オフセット手段(30)の出力端子に結合され、前記直流
に調整された温度依存電流に応答してアナログ制御電圧
を発生する手段(32)と、 前記アナログ制御電圧を発生する手段(32)の出力に
結合され、複数の動作温度区分の間の遷移期間中のピー
ク位相変位を制限し、かつ前記アナログ制御電圧を前記
電圧依存リアクタンス(36)に結合して動作温度範囲内
にわたり前記水晶発振器の温度補償をするフィルタ手段
(34)とを具備することを特徴とする水晶発振器の温度
補償回路(10)としての構成を有する。
Accordingly, the configuration of the present invention is as described below. That is, a crystal oscillator having an output frequency determined by a crystal having a predetermined frequency versus temperature characteristic and a voltage dependent reactance (36) connected to the crystal and changing the output frequency of the crystal oscillator in response to an analog control voltage. A temperature compensating circuit (10) for storing data corresponding to a plurality of operating temperature ranges within an operating temperature range of the temperature compensating circuit (10), and a plurality of digital control signals based on the stored data. And a temperature dependent current generating means for generating a substantially linear current versus temperature change over a selected operating temperature range within an operating temperature range, the temperature dependent current generating means comprising: Is coupled to the memory means (12) and is responsive to a first digital control signal of the plurality of digital control signals to select a selected one of the operating temperature ranges within the operating temperature range. An adjustable current source (22) for generating a power supply current to a first analog voltage input terminal; a second analog voltage input terminal; and an analog current input terminal coupled to the current source (22) for receiving the power supply current. A single differential amplifier (20) having: a temperature sensor (14) connected to the first analog voltage input terminal of the differential amplifier (20) for generating a temperature-dependent output voltage proportional to an ambient temperature; And an operating temperature range coupled to the second analog voltage input terminal of the memory means (12) and the differential amplifier (20) and responsive to a second digital control signal of the plurality of digital control signals. A voltage generator (18) for generating a constant analog reference voltage over the selected operating temperature section within the differential amplifier (20), wherein the differential amplifier (20) Generating a substantially linear current-to-temperature change in response to a difference voltage between the input voltage and the analog reference voltage of the voltage generator; A circuit (10) is coupled to an output terminal of the memory means (12) and the differential amplifier (20) and is substantially linear in response to a third of the plurality of digital control signals. Polarity change means (2) to change the polarity of
6), the memory means (12) and the tilt polarity changing means (2
And a substantially linear current-to-temperature change-adjusted magnitude responsive to a fourth digital control signal of the plurality of digital control signals. A current level adjusting means (28) for generating a linear current versus temperature change; a fifth digital signal of the plurality of digital control signals coupled to the memory means (12) and the current level adjusting means (28); Applying a DC current to the adjusted substantially linear current versus temperature change in response to a control signal;
DC offset means (30) for generating a temperature-dependent current adjusted to DC, an output terminal of the current level adjusting means (28) and the DC
Means (32) coupled to the output terminal of the offset means (30) for generating an analog control voltage in response to the DC regulated temperature dependent current; and output of the means (32) for generating the analog control voltage To limit peak phase shift during transitions between a plurality of operating temperature segments, and to couple the analog control voltage to the voltage dependent reactance (36) to provide a temperature of the crystal oscillator over an operating temperature range. A temperature compensating circuit (10) for a crystal oscillator characterized by comprising a filter means (34) for compensating.

或いはまた、周囲温度に比例するアナログ出力電圧を
発生する第2温度センサ(15)と、 前記メモリ手段(12)及び前記第2温度センサ(15)
の1つの出力端子に結合され、前記第2温度センサ(1
5)のアナログ出力電圧に応答してディジタル出力信号
を発生し、かつ前記メモリ手段(12)に対して前記ディ
ジタル出力信号を提供し、前記メモリ手段(12)は前記
ディジタル出力信号を使用して特定の記憶されたデータ
を選択して複数のディジタル制御信号を発生するアナロ
グ−ディジタル変換器(16)とを更に具備することを特
徴とする水晶発振器の温度補償回路(10)としての構成
を有する。
Alternatively, a second temperature sensor (15) for generating an analog output voltage proportional to an ambient temperature, the memory means (12) and the second temperature sensor (15)
Is connected to one output terminal of the second temperature sensor (1
Generating a digital output signal in response to the analog output voltage of 5) and providing the digital output signal to the memory means (12), wherein the memory means (12) uses the digital output signal An analog-to-digital converter (16) for selecting specific stored data and generating a plurality of digital control signals, wherein the temperature-compensating circuit (10) for the crystal oscillator is provided. .

或いはまた、前記メモリ手段(12)は、プログラマブ
ルデータ記憶装置を具えたことを特徴とする水晶発振器
の温度補償回路(10)としての構成を有する。
Alternatively, the memory means (12) has a structure as a temperature compensation circuit (10) of a crystal oscillator, which is provided with a programmable data storage device.

或いはまた、前記プログラマブルデータ記憶装置は、
電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ
(EEPROM)を具えたことを特徴とする水晶発振器の温度
補償回路(10)としての構成を有する。
Alternatively, the programmable data storage device comprises:
It has a configuration as a temperature compensation circuit (10) of a crystal oscillator characterized by comprising an electrically erasable programmable read only memory (EEPROM).

或いはまた、前記DCオフセット手段(30)は、複数の
調整可能なカレントミラー及び複数の負荷抵抗を具えた
ことを特徴とする水晶発振器の温度補償回路(10)とし
ての構成を有する。
Alternatively, the DC offset means (30) has a configuration as a temperature compensation circuit (10) for a crystal oscillator, comprising a plurality of adjustable current mirrors and a plurality of load resistors.

或いはまた、前記温度センサ(14)は、直列接続され
たダイオードを具えたことを特徴とする水晶発振器の温
度補償回路(10)としての構成を有する。
Alternatively, the temperature sensor (14) has a configuration as a temperature compensation circuit (10) of the crystal oscillator, which includes a diode connected in series.

或いはまた、前記電流源(22)は、複数の調整可能な
カレントミラーを具えたことを特徴とする水晶発振器の
温度補償回路(10)としての構成を有する。
Alternatively, the current source (22) has a configuration as a temperature compensation circuit (10) for a crystal oscillator, comprising a plurality of adjustable current mirrors.

或いはまた、前記メモリ手段(12)と前記温度依存電
流発生手段(14,18,20,22)と前記傾斜極性変更手段(2
6)と前記電流レベル調整手段(28)と前記DCオフセッ
ト手段(30)と前記アナログ制御電圧を発生する手段
(32)と及び前記フィルタ手段(34)はすべて集積化さ
れて1つの集積回路を構成することを特徴とする水晶発
振器の温度補償回路(10)としての構成を有する。
Alternatively, the memory means (12), the temperature-dependent current generating means (14, 18, 20, 22) and the gradient polarity changing means (2
6), the current level adjusting means (28), the DC offset means (30), the means for generating the analog control voltage (32), and the filter means (34) are all integrated to form one integrated circuit. It has a configuration as a temperature compensation circuit (10) of a crystal oscillator characterized by being configured.

或いはまた、所定の周波数対温度特性を有する水晶
と、前記水晶に接続されアナログ制御電圧に応答して水
晶発振器の出力周波数を変更するバラクタ(36)とによ
って決定される出力周波数を有する水晶発振器の温度補
償回路(10)であって、 前記温度補償回路(10)の動作温度範囲内の複数の動
作温度区分に対応するデータを記憶し、かつ記憶された
データに基づいて複数のディジタル制御信号を発生する
電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ
(EEPROM)(12)と、 動作温度範囲内の選択された動作温度区分にわたり実
質的に直線的な電流対温度変化を発生する温度依存電流
発生温度とを具え、 前記温度依存電流発生手段は、 前記電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリ
メモリ(EEPROM)(12)に結合され、複数のディジタル
制御信号の内の第1ディジタル制御信号に応答して動作
温度範囲内の選択された動作温度区分に対する電源電流
を発生する調整可能な電流源(22)と、 第1アナログ電圧入力端子と、第2アナログ電圧入力
端子と、前記電流源(22)に結合され前記電源電流を受
け取るアナログ電流入力端子とを有する単一の差動増幅
器(20)と、 前記差動増幅器(20)の前記第1アナログ電圧入力端
子に接続され、周囲温度に比例する温度依存出力電圧を
発生するダイオード温度センサ(14)と、 前記電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリ
メモリ(EEPROM)(12)及び前記差動増幅器(20)の前
記第2アナログ電圧入力端子に結合され、前記複数のデ
ィジタル制御信号の内の第2ディジタル制御信号に応答
して前記動作温度範囲内の前記選択された動作温度区分
にわたり一定のアナログ基準電圧を発生する電圧発生器
(18)とから構成され、ここで前記差動増幅器(20)
は、前記ダイオード温度センサ(14)の前記温度依存出
力電圧と前記電圧発生器(18)の前記アナログ基準電圧
との間の差電圧に応答して実質的に直線的な電流対温度
変化を発生することを特徴とし、 更に前記水晶発振器の温度補償回路(10)は、 前記電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメ
モリ(EEPROM)(12)及び前記差動増幅器(20)の出力
端子に結合され、前記複数のディジタル制御信号の内の
第3ディジタル制御信号に応答して実質的に直線的な電
流対温度変化の極性を変更する傾斜極性変更手段(26)
と、 前記電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリ
メモリ(EEPROM)(12)及び前記傾斜極性変更手段(2
6)の出力端子に結合され、前記複数のディジタル制御
信号の内の第4ディジタル制御信号に応答して実質的に
直線的な電流対温度変化の大きさを調整して調整された
実質的に直線的な電流対温度変化を発生する電流レベル
調整手段(28)と、 前記電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリ
メモリ(EEPROM)(12)及び前記電流レベル調整手段
(28)に結合され、前記複数のディジタル制御信号の内
の第5ディジタル制御信号に応答して直流電流を前記調
整された実質的に直線的な電流対温度変化に適用して、
直流に調整された温度依存電流を発生する複数の調整可
能なカレントミラーと、 前記電流レベル調整手段(28)の出力端子及び前記複
数の調整可能なカレントミラーの出力端子に結合され、
前記直流に調整された温度依存電流に応答してアナログ
制御電圧を発生する負荷抵抗(32)と、 前記アナログ制御電圧を発生する負荷抵抗(32)の出
力に結合され、複数の動作温度区分の間の遷移期間中の
ピーク位相変位を制御し、かつ前記アナログ制御電圧を
前記バラクタ(36)に結合して動作温度範囲内にわたり
前記水晶発振器の温度補償をするフィルタ(34)とを具
備することを特徴とする水晶発振器の温度補償回路(1
0)としての構成を有する。
Alternatively, a crystal oscillator having an output frequency determined by a crystal having a predetermined frequency versus temperature characteristic and a varactor connected to said crystal and changing an output frequency of the crystal oscillator in response to an analog control voltage. A temperature compensation circuit (10), which stores data corresponding to a plurality of operating temperature sections within an operating temperature range of the temperature compensation circuit (10), and outputs a plurality of digital control signals based on the stored data. Generated electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) (12) and temperature-dependent current generation temperature that produces a substantially linear current-to-temperature change over a selected operating temperature range within the operating temperature range The temperature-dependent current generating means is coupled to the electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) (12), An adjustable current source (22) for generating a power supply current for a selected operating temperature segment within an operating temperature range in response to a first digital control signal of the digital control signals; a first analog voltage input terminal; A single differential amplifier (20) having a second analog voltage input terminal and an analog current input terminal coupled to the current source (22) for receiving the power supply current; A diode temperature sensor connected to one analog voltage input terminal to generate a temperature-dependent output voltage proportional to an ambient temperature; an electrically erasable programmable read only memory (EEPROM); An amplifier coupled to the second analog voltage input terminal and responsive to the second digital control signal of the plurality of digital control signals, the selected one of the plurality of digital control signals within the operating temperature range. Constructed from over the operating temperature divided voltage generator for generating a constant analog reference voltage (18), wherein said differential amplifier (20)
Generates a substantially linear current versus temperature change in response to a difference voltage between the temperature dependent output voltage of the diode temperature sensor (14) and the analog reference voltage of the voltage generator (18). The temperature compensation circuit (10) of the crystal oscillator is further coupled to output terminals of the electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) (12) and the differential amplifier (20). Gradient polarity changing means for changing the polarity of a substantially linear current versus temperature change in response to a third digital control signal of said plurality of digital control signals.
Said electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) (12) and said gradient polarity changing means (2).
And a substantially linear current-to-temperature change-adjusted magnitude responsive to a fourth digital control signal of the plurality of digital control signals. A current level adjusting means (28) for generating a linear current versus temperature change; and an electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) (12) and the current level adjusting means (28); Applying a DC current to the adjusted substantially linear current versus temperature change in response to a fifth digital control signal of the plurality of digital control signals;
A plurality of adjustable current mirrors for generating a temperature-dependent current adjusted to DC, coupled to an output terminal of the current level adjustment means (28) and an output terminal of the plurality of adjustable current mirrors;
A load resistor (32) for generating an analog control voltage in response to the DC-dependent temperature dependent current; and a load resistor (32) for generating the analog control voltage, A filter (34) for controlling the peak phase displacement during the transition period between and coupling the analog control voltage to the varactor (36) for temperature compensation of the crystal oscillator over an operating temperature range. Temperature compensation circuit for crystal oscillator (1
0).

[発明の概要] 本発明は、水晶発振器用の完全に集積化された温度補
償(temperature compensation,TC)回路に関するもの
である。この回路は非常に高度の周波数安定性を持ち、
かつ種々なカット(Cut)と角度(angles)の水晶の補
償をすることができる。特に、補償回路は、1つのアナ
ログTC回路であり、ディジタル的に選択されたパラメー
タを有し、プログラム可能な傾斜、切片及び極性を使用
し、4℃毎に新しいTC電圧曲線を発生している。1つの
差動ペアの電流及びカレントミラーはTC電圧の傾斜を制
御している。1つの差動動作電圧は電圧傾斜の極性を制
御するべくスイッチされ、一方、1つの差動ペアのバイ
アス及び1つの動作電流源は電圧切片を設定している。
温度可変ダイオード電圧は差動ペアを駆動し、一方、キ
ー(key)メモリは1つのEEPROMのメモリ内容を更新し
ている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a fully integrated temperature compensation (TC) circuit for a crystal oscillator. This circuit has a very high degree of frequency stability,
In addition, it is possible to compensate for various cuts and angles of the crystal. In particular, the compensation circuit is one analog TC circuit, having digitally selected parameters, using programmable slope, intercept and polarity, and generating a new TC voltage curve every 4 ° C . The current and current mirror of one differential pair control the slope of the TC voltage. One differential operating voltage is switched to control the polarity of the voltage ramp, while one differential pair bias and one operating current source set the voltage intercept.
The temperature variable diode voltage drives the differential pair, while the key memory updates the memory contents of one EEPROM.

[実施例] 他のさらに多くの利点及びその可能性とともに、本発
明をさらによりよく理解するために、参照図面ととも
に、後述する説明及び添付の特許請求の範囲が引用され
ている。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a better understanding of the present invention, together with many other advantages and its possibilities, reference is made to the following description and appended claims, taken in conjunction with the accompanying drawings.

本発明が教示する所によれば温度補償回路はアナログ
補償及びディジタル補償の間の混成(ハイブリッド)回
路である。純粋なアナログ補償は1ppm(part per milli
on)(10-6)の安定性を達成するために広範囲にたる大
規模な処理を必要としている。純粋なデジタル補償は大
きなメモリと数多くの処理温度或いは曲線適合能力を持
った1つのALUを必要としている。このことは、よりよ
く動作した曲線適合性をもった水晶の温度補償を行なわ
せるだけである。このハイブリッドな補償回路は、より
少ない処理温度とより小さなメモリ容量に対する4℃の
間隔にわたって、アナログ補償を許容している。この特
別の回路のアナログ補償は、他の先行技術の回路は、以
前の温度補償によって影響を受けているが、すべての温
度区分が他のものと独立となるように4℃毎に変更され
ることが可能である。このことは、ハイブリッドな補償
が各々4℃毎の間隔に対して5つの独立な回路制御を具
備していることから、処理を非常に簡単化し、一方、大
部分の温度補償された水晶発振器は130℃の全範囲にわ
たって4つの相互に影響し合う調節機能のみを具備して
いる。
According to the teachings of the present invention, the temperature compensation circuit is a hybrid circuit between analog compensation and digital compensation. Pure analog compensation is 1 ppm (part per millimeter
on) (10 -6 ) stability requires extensive extensive processing. Pure digital compensation requires a large memory and a single ALU with many processing temperatures or curve-fitting capabilities. This only allows temperature compensation of the better-fitting curve-fitting quartz. This hybrid compensation circuit allows analog compensation over a 4 ° C. interval for less processing temperature and smaller memory capacity. The analog compensation of this particular circuit is changed every 4 ° C. so that all prior art circuits are affected by previous temperature compensation, but all temperature segments are independent of the others. It is possible. This greatly simplifies the process because the hybrid compensation has five independent circuit controls, each for every 4 ° C. interval, while most temperature-compensated crystal oscillators It has only four interacting adjustments over the entire range of 130 ° C.

本発明の教示する所によれば温度補償回路は、個別部
品としての超階段(hyper abrupt)接合バラクタによっ
ても、或いは、集積化された階段接合バラクタによって
も動作するように設計されていた。小さな温度範囲にわ
たる動作は、非線型バラクタの使用を考慮しており、従
って、結果として、温度補償回路の全体の集積化を導入
することを可能としている。また、小さな温度範囲によ
って、EEPROMによるMOS技術を用いることも許容され、
従って、大きな抵抗の温度係数を保有している。さらに
また、この補償回路は、前述した限度内のAT,BT及びGT
のような様々な水晶面カットにより使用することができ
る。この補償回路は、またパッケージや相互内部配線の
信頼性に影響を与えることなしに、再プログラムするこ
とも可能である。
According to the teachings of the present invention, the temperature compensation circuit was designed to operate with either a hyper abrupt junction varactor as a discrete component or with an integrated step junction varactor. Operation over a small temperature range allows for the use of non-linear varactors and, as a result, makes it possible to introduce an overall integration of the temperature compensation circuit. Also, the small temperature range allows the use of EEPROM MOS technology,
Therefore, it has a large temperature coefficient of resistance. Furthermore, this compensation circuit can be used for AT, BT and GT within the aforementioned limits.
Can be used with various crystal face cuts. The compensation circuit can also be reprogrammed without affecting the reliability of the package or interconnect.

ここで第1図を参照すると、周波数決定水晶を具備す
る発振器において用いられる温度補償回路10のブロック
図が図示されている。図面は温度補償回路のいくつかの
部分を図示しているが、回路の動作の大部分は実質的に
単一段内において発生しているが、これに限定されるわ
けではない。その段は、実質的に、傾斜を変化させるた
めの手段、極性を変化させるための手段、及び切片を変
化させるための手段を具備する可変電流或いは傾斜電圧
発生器を構成要素として含んでいる。その発生器は、ま
た回路の利得を設定するための手段も含んでいる。その
発生器の構成要素は、第1図において示されており、さ
らに詳述に後述の明細書中において記述されている。
Referring now to FIG. 1, there is illustrated a block diagram of a temperature compensation circuit 10 used in an oscillator having a frequency determining crystal. Although the figures illustrate some portions of the temperature compensation circuit, most of the operation of the circuit occurs substantially, but not exclusively, within a single stage. The stage essentially comprises a variable current or ramp voltage generator comprising means for changing the slope, means for changing the polarity, and means for changing the intercept. The generator also includes means for setting the gain of the circuit. The components of the generator are shown in FIG. 1 and described in more detail below.

第1図は特定の温度範囲に対して補償回路10の動作を
表わすブロック図を図示している。この発明の補償回路
は、EEPROMのように、補償回路のアナログ部分を再調整
するために、複数の温度範囲に対応するデータを蓄積す
るためのプログラム可能なデータ記憶デバイスを具えて
いる。1つの実施例においては、各行(row)当り22ビ
ットを有する32行のメモリを具えた1つのEEPROMが温度
データを記憶するために用いられている。EEPROMの各行
は4℃の温度範囲に対応している。第1図において、メ
モリ12の1つの行はその対応するビットとともに、特別
の温度範囲に対して図示されている。メモリの各行は精
密な傾斜、温度バイアス点、極性、粗い傾斜(coarsesl
ope)及び固定されたオフセット(fixed offset)に対
する情報のビットを記憶することができる。従って、固
有の温度補償電圧が4℃毎の範囲温度に対して、プログ
ラム可能な傾斜、切片(オフセット)、及び極性、すべ
てこれらは、主として単一段の傾斜発生器から生じてい
るが、これを用いることによって発生されている。
FIG. 1 is a block diagram illustrating the operation of the compensation circuit 10 for a particular temperature range. The compensation circuit of the present invention comprises a programmable data storage device, such as an EEPROM, for storing data corresponding to a plurality of temperature ranges to readjust the analog portion of the compensation circuit. In one embodiment, one EEPROM with 32 rows of memory having 22 bits per row is used to store temperature data. Each row of the EEPROM corresponds to a temperature range of 4 ° C. In FIG. 1, one row of the memory 12, together with its corresponding bit, is shown for a particular temperature range. Each row of memory has a fine slope, temperature bias point, polarity, coarse slope (coarsesl).
ope) and a bit of information for a fixed offset can be stored. Thus, the inherent temperature compensation voltage for a temperature range of every 4 ° C., programmable slope, intercept (offset), and polarity, all of which originate primarily from a single stage slope generator, It is generated by using.

温度補償回路10は、温度センサ14及びアナログディジ
タル(A/D)変換器16を含んでいる。1つの実施例にお
いて、温度センサ14は、1つのアナログダイオード電圧
を表示する3個の直列ダイオードから構成されている。
温度センサ14は、回路の公称電圧及び温度傾斜を設定す
るようにディジタル的に電流の調整を行なっている。A/
D変換器16は温度センサ14に類似の温度センサ15からの
アナログ電圧をディジタル化し、その後、温度に従っ
て、メモリの行を選択してEEPROMからのデータをアドレ
ス(番地指定)している。温度補償回路10は、また、バ
イアスデコーダ18、差動増幅器20、プログラム可能な電
流源22及び電流負荷24を含んでいる。
The temperature compensation circuit 10 includes a temperature sensor 14 and an analog / digital (A / D) converter 16. In one embodiment, the temperature sensor 14 comprises three series diodes that represent one analog diode voltage.
Temperature sensor 14 digitally adjusts the current to set the nominal voltage and temperature ramp of the circuit. A /
The D converter 16 digitizes an analog voltage from the temperature sensor 15 similar to the temperature sensor 14, and then selects a row of the memory according to the temperature and addresses data (address specification) from the EEPROM. The temperature compensation circuit 10 also includes a bias decoder 18, a differential amplifier 20, a programmable current source 22, and a current load 24.

第2図は温度補償回路のための差動段を図示してい
る。第2図を参照すると、可変電流を発生する上におい
て、可変電圧を表示する温度センサ14及び固定電圧を表
示するバイアスデコーダ18が差動増幅器20において差動
入力対として動作するように組み合わされている。プロ
グラム可能な電流源22は、またプログラム可能な温度可
変電流を発生するべく、温度依存入力電圧として温度セ
ンサ14を用いて、差動増幅器20へ供給されている。第2
図において理解されるように、プログラム可能な電流源
22は一組のカレントミラーから構成されていても良く、
一方、差動対の動作範囲を限定するバイアスデコーダ18
はプログラム可能な分圧器であってもよい。差動増幅器
20の出力は、温度可変電流であるが、電流負荷24へ供給
されている。
FIG. 2 illustrates a differential stage for a temperature compensation circuit. Referring to FIG. 2, in generating a variable current, a temperature sensor 14 for displaying a variable voltage and a bias decoder 18 for displaying a fixed voltage are combined in a differential amplifier 20 to operate as a differential input pair. I have. A programmable current source 22 is also provided to the differential amplifier 20 using the temperature sensor 14 as a temperature dependent input voltage to generate a programmable temperature variable current. Second
As can be seen in the figure, a programmable current source
22 may consist of a set of current mirrors,
On the other hand, the bias decoder 18 that limits the operation range of the differential pair
May be a programmable voltage divider. Differential amplifier
The output 20 is a variable temperature current, but is supplied to a current load 24.

ここで再び第1図を参照すると、温度補償回路10はさ
らに温度可変電流発生器の出力の極性変更手段26(“LO
GIC")を含んでいる。極性変更手段26は、その入力とし
て、電流負荷24からの電圧と、メモリ12の“POLARITY"
の行からの高(high)或いは低(low)(“1"或いは
“0")入力を保持している。回路的に構成する極性変更
手段26は、本質的に、差動増幅器20の差動出力の極性を
変化させている。温度補償回路10は、また可変カレント
ミラー28を具備している。ここで可変カレントミラー28
は、回路の利得を設定するための回路を含み、メモリ12
の行からの1つの入力“粗い傾斜”に加えて極性変更手
段26の“LOGIC"からの入力を受信することができる。
Referring again to FIG. 1, the temperature compensating circuit 10 further includes a polarity changing means 26 ("LO") of the output of the temperature variable current generator.
The polarity changing means 26 includes, as its inputs, the voltage from the current load 24 and the “POLARITY” of the memory 12.
From the row (1) or (0). The polarity changing means 26 configured in a circuit essentially changes the polarity of the differential output of the differential amplifier 20. The temperature compensation circuit 10 also has a variable current mirror 28. Here the variable current mirror 28
Contains a circuit for setting the gain of the circuit, the memory 12
In addition to the one input "coarse slope" from the second row, the input from "LOGIC" of the polarity changing means 26 can be received.

温度補償回路10はさらに電流源アレイ30及び、電流傾
斜の固定されたオフセットを補正する負荷抵抗32を含ん
でいる。負荷抵抗32は、また、負荷抵抗32において、1
つの出力電圧を生成するために、可変カレントミラー28
からの入力を保持している。温度補償回路10は、ともに
温度範囲変動の期間中のピーク位相変位を限定しかつ補
償回路を分離するフィルタ34を含んでいる。フィルタ34
は、発振器からの無線周波数(RF)信号を減衰させ、か
つ補償回路において変動分を減少させることができる。
そして最後に、温度補償回路10は負荷抵抗32において、
温度可変電圧によって制御されるバラクタダイオード36
を含んでおり、発振器の周波数対温度応答を補正してい
る。バラクタダイオード36は回路内において可変電圧を
可変リアクタンスに変更している。
The temperature compensation circuit 10 further includes a current source array 30 and a load resistor 32 for correcting a fixed offset of the current gradient. The load resistance 32 also has a value of 1
Variable current mirror 28 to generate one output voltage
Holds input from Both the temperature compensation circuit 10 includes a filter 34 that limits the peak phase shift during periods of temperature range variation and separates the compensation circuit. Filter 34
Can attenuate radio frequency (RF) signals from the oscillator and reduce variations in the compensation circuit.
And finally, the temperature compensating circuit 10 outputs
Varactor diode 36 controlled by temperature variable voltage
To compensate for the frequency versus temperature response of the oscillator. The varactor diode 36 changes a variable voltage into a variable reactance in the circuit.

ここで第2図を参照すると、温度センサ14、バイアス
デコーダ18、プログラム可能な電流源22及び差動増幅器
20を含む温度補償差動段が図示されている。プログラム
可能な電流源22は補償電圧の傾斜を設定するために働い
ている。この回路の異なった構成要素として与えられた
数値は例として与えられているにすぎないのであって、
回路の設計の可能性を限定するものでない。例えば、バ
イアスデコーダ18における数値は温度センサ14に関係し
ており、ここでは、25℃で約1.95Vのダイオード電圧と
−6mV/℃の温度勾配を保持している。
Referring now to FIG. 2, a temperature sensor 14, a bias decoder 18, a programmable current source 22, and a differential amplifier
A temperature compensated differential stage including 20 is shown. Programmable current source 22 serves to set the slope of the compensation voltage. The numbers given as different components of this circuit are given only as examples,
It does not limit the possibilities of circuit design. For example, the numbers in the bias decoder 18 relate to the temperature sensor 14, which here maintains a diode voltage of about 1.95V at 25 ° C and a temperature gradient of -6mV / ° C.

第3図は、一連のTC電圧対差動バイアス曲線を図示し
ており、補償電圧の勾配を設定するプログラム可能な電
流源22のそれぞれ異なった値に対して発生されている。
特別の温度範囲の水晶に対して望ましい傾斜勾配が、第
4図において示された必要な発振器補償曲線に接する直
線によって、−20℃と−24℃の間に位置された接する点
とともに、表現されている。第4図はまた、バイアスさ
れた温度の点も図示している。
FIG. 3 illustrates a series of TC voltage versus differential bias curves generated for different values of a programmable current source 22 that sets the slope of the compensation voltage.
The desired slope gradient for a particular temperature range of quartz is expressed by a straight line tangent to the required oscillator compensation curve shown in FIG. 4, with the tangent points located between -20 ° C and -24 ° C. ing. FIG. 4 also illustrates a biased temperature point.

バイアスデコーダ18は差動増幅器20における差動対に
対するバイアスされた温度の点を設定している。この実
施例において、バイアスデコーダ18は、バイアス温度点
を各温度範囲に対して変化させることによって、全温度
範囲に対して、単一の差動対を用いることを許容するタ
ップ付けされた抵抗となっている。タップ抵抗は、事実
上、第4図において図示された必要な補償曲線に接する
直線を近似するために温度を投影した補償電圧を調整し
ている。どのようなプログラム可能な電圧源或いは電流
源であっても、回路の適用によっては、タップ抵抗によ
って置換されてもさしつかえない。差動増幅器20の出力
は、OUT1及びOUT2によって表示される出力を有する電流
負荷24へ導かれている。電流負荷24の出力は、その後、
第5図において図示される極性変更手段26の回路へ導か
れている。
Bias decoder 18 sets a biased temperature point for the differential pair in differential amplifier 20. In this embodiment, the bias decoder 18 includes a tapped resistor that allows the use of a single differential pair over the entire temperature range by varying the bias temperature point for each temperature range. Has become. The tap resistor effectively adjusts the temperature projected compensation voltage to approximate a straight line tangent to the required compensation curve illustrated in FIG. Any programmable voltage or current source may be replaced by a tap resistor depending on the application of the circuit. The output of the differential amplifier 20 is directed to a current load 24 having outputs represented by OUT1 and OUT2. The output of the current load 24 is then
It is led to the circuit of the polarity changing means 26 shown in FIG.

第5図は、極性変更手段26から構成される温度補償用
の傾斜極性回路を図示している。補償電圧勾配の極性
は、水晶の持つ補償されていない特性の勾配に整合する
ように変化されなければならない。典型的には、個々の
差動段は各々の勾配の極性を変更するために用いられる
であろう。この回路は傾斜極性変更に影響を与えるべ
く、第2図において記述されたようにプログラム可能な
勾配を持った単一の差動対を用いている。差動段の出力
OUT1及びOUT2をNチャネルカレントミラーか或いはPチ
ャネルカレントミラーのいずれかへ入力することによっ
て、極性は反転される。正の勾配が要求される場合に
は、入力38においては高(high)(“1")レベルの信号
が入力されてOUT1の圧力がPチャネルカレントミラーに
入力されかつOUT2の出力はNチャネルカレントミラーへ
入力されることで回路を活性化することになる。負の勾
配に対しては、低(low)(“0")レベルの信号が入力3
8に現われて、OUT2の出力がPチャネルカレントミラー
へ入力され、かつOUT1の出力はNチャネルカレントミラ
ーへ入力されることで回路を活性化することになる。勾
配反転(slope reversal)に対する温度分解能(temper
ature resolution)は約2℃である。温度補償に対して
ふさわしい水晶は、典型的には勾配の転換点の近くにお
いて温度に対する非常に低い周波数(或いは電圧)の勾
配を持っていることからこの数値で充分である。
FIG. 5 shows a temperature compensating gradient polarity circuit composed of the polarity changing means 26. The polarity of the compensation voltage gradient must be changed to match the gradient of the uncompensated characteristic of the crystal. Typically, individual differential stages will be used to change the polarity of each gradient. This circuit uses a single differential pair with a programmable slope as described in FIG. 2 to affect the slope polarity change. Output of differential stage
By inputting OUT1 and OUT2 to either an N-channel current mirror or a P-channel current mirror, the polarity is inverted. If a positive slope is required, a high ("1") level signal is input at input 38, the pressure at OUT1 is input to the P-channel current mirror, and the output at OUT2 is the N-channel current. The circuit is activated by being input to the mirror. For a negative slope, a low (“0”) level signal is applied to input 3.
In FIG. 8, the output of OUT2 is input to the P-channel current mirror, and the output of OUT1 is input to the N-channel current mirror, thereby activating the circuit. Temperature resolution (temper) for slope reversal
ature resolution) is about 2 ° C. This figure is sufficient because quartz suitable for temperature compensation typically has a very low frequency (or voltage) gradient to temperature near the turning point of the gradient.

ここで第6図を参照すると、第1図の可変カレントミ
ラー28に対する回路図が図示されている。第6図の回路
は差動段に対する可変カレントミラー28を示している。
プログラム可能なカレントミラー段は(OUT1及びOUT2に
対応する)2つの入力IN1及びIN2、Pチャネルカレント
ミラー40、Nチャネルカレントミラー42、SENS感度端子
44及び利得端子46及び48から構成されている。入力(I
N)1における制御電圧は4対3の比率で最初に負荷抵
抗に対してミラー電流を設定することでPチャネルカレ
ントミラー40を介して流れる電流を発生させる。必要な
強度の要求された勾配に従って、4対3、4対6、4対
9及び4対12の割合で、鏡のように反射させるように各
々の温度範囲に対して、この比率は再プログラムされる
であろう。Nチャネルカレントミラー42へ入力される入
力(IN)2における制御電圧は、入力(IN)1における
のと同様の形式で動作する。図示されたSENS感度端子44
は、温度によって変化しないが、ICの製造プロセスのパ
ラメータにおける変動に対する補償回路を調整するよう
に使用される。利得端子46及び48はメモリ内において蓄
積された情報から導かれた入力である。このような情報
は、第1図において“coarseslope(粗い傾斜)”とし
て図示されるように、特定の温度範囲に対してメモリの
特定の行内に記憶されている。
Referring now to FIG. 6, a circuit diagram for the variable current mirror 28 of FIG. 1 is shown. The circuit of FIG. 6 shows a variable current mirror 28 for the differential stage.
The programmable current mirror stage has two inputs IN1 and IN2 (corresponding to OUT1 and OUT2), a P-channel current mirror 40, an N-channel current mirror 42, and a SENS sensitivity terminal
44 and gain terminals 46 and 48. Input (I
N) The control voltage at 1 generates a current flowing through the P-channel current mirror 40 by first setting a mirror current to the load resistance at a ratio of 4: 3. For each temperature range, this ratio is reprogrammed to reflect like a mirror in a ratio of 4: 3, 4: 6, 4: 9 and 4:12 according to the required gradient of the required intensity. Will be done. The control voltage at input (IN) 2 input to N-channel current mirror 42 operates in a similar manner as at input (IN) 1. SENS sensitivity terminal 44 shown
Does not change with temperature, but is used to adjust the compensation circuit for variations in the parameters of the IC manufacturing process. Gain terminals 46 and 48 are inputs derived from information stored in the memory. Such information is stored in a particular row of memory for a particular temperature range, as illustrated in FIG. 1 as "coarseslope".

ここで第7図を参照すると、第3図における曲線に比
較された時に、第6図の可変カレントミラー回路をプロ
グラミングすることの効果を示す曲線、即ち、温度補償
(TC)電圧と差動バイアスの関係を表わす曲線(第3図
において示される乗算の3倍の乗算値を持つ)が図示さ
れている。4×(10μA)の差動曲線及び100(mV)の
差動バイアスに対して、+/−40mVの補償電圧変化は、
一定の(固定された)乗算器の比率1(第3図)で観測
されている。一方、+/−125mVは電流掛算器の比率の
3(第7図)に対して観測されている。
Referring now to FIG. 7, a curve illustrating the effect of programming the variable current mirror circuit of FIG. 6, when compared to the curve in FIG. 3, namely, the temperature compensation (TC) voltage and the differential bias. (Having a multiplication value that is three times the multiplication shown in FIG. 3). For a differential curve of 4 × (10 μA) and a differential bias of 100 (mV), the compensation voltage change of +/− 40 mV is:
It is observed at a constant (fixed) multiplier ratio of 1 (FIG. 3). On the other hand, +/− 125 mV is observed for a current multiplier ratio of 3 (FIG. 7).

ここで第8図を参照すると、回路図において、温度範
囲の変動の期間中、ピーク位相変位を制限しかつ補償回
路を分離するための両方のためのフィルタ34及び電流源
アレイ30及び負荷抵抗32から構成される固定オフセット
補正のための機構が図示されている。固定オフセット補
正のための機構は、差動対に対するプログラマブルバイ
アスと同様の方法で用いられている。
Referring now to FIG. 8, in the circuit diagram, a filter 34 and a current source array 30 and a load resistor 32 both for limiting peak phase shift and isolating the compensation circuit during temperature range variations. Are shown for the fixed offset correction. The mechanism for fixed offset correction is used in a manner similar to programmable bias for differential pairs.

第9図を参照すると、一定の温度範囲に対して第9図
は第4図の温度補償(TC)電圧曲線、必要なTC曲線より
も低いTC電圧2ライン(最良の差動バイアス)、及び必
要なオフセット補正を示すTC電圧1(望ましいバイア
ス)ラインを図示している。従って、TC電圧1は、実質
的に、特定の温度範囲にわたって、それが最も良く必要
なTC電圧を近似するように接している。差動バイアス
は、発生された勾配(slope)が発振器の周波数対温度
勾配を相殺するように差動対の動作を定めている。TC電
圧1ラインは実質的に必要な温度補償電圧曲線に接して
いるから、発振器は、また1つの周波数上に存在するで
あろう。発振器の周波数誤差は、発振器の感度によって
別の形に移行された必要な曲線からどれだけ補償電圧が
オフセット変動しているかによって決定されている。こ
のことは第9図において図示されており、オフセット補
正としてラベル付けされている。
Referring to FIG. 9, for a given temperature range, FIG. 9 shows the temperature compensation (TC) voltage curve of FIG. 4, two TC voltage lines lower than the required TC curve (best differential bias), and FIG. 5 illustrates a TC voltage 1 (desired bias) line indicating the required offset correction. Thus, TC voltage 1 is substantially tangent over a particular temperature range so that it approximates the best needed TC voltage. The differential bias defines the operation of the differential pair such that the slope generated cancels the oscillator frequency versus temperature gradient. Since the TC voltage 1 line is substantially in contact with the required temperature compensation voltage curve, the oscillator will also be on one frequency. The frequency error of the oscillator is determined by how much the compensation voltage is offset from the required curve, which has been shifted to another form by the sensitivity of the oscillator. This is illustrated in FIG. 9 and is labeled as offset correction.

補償回路における固定オフセット補正の機構は、結果
として生ずる周波数ステップを減少させるように補償電
流とともに小さな電流を加算することによって、差動バ
イアス回路の分解能を改善している。この電流の結果は
第10図及び第11図において示されている。第10図はオフ
セット補正電圧と電流増加分との関係を表わすグラフ上
において、プロットされた差動バイアス補正を図示して
いる。ここで電流増加分は1ステップ当り1乃至2.5μA
/ステップである。第11図Aは周波数対温度曲線を図示
しており、ここでは、いかなるオフセット補正も存在せ
ず、しかも差動バイアス抵抗のステップサイズから結果
として生ずるオフセットを示している。TC電圧1の曲線
は接線に対して平行であるが、第9図において示される
ように補償されていない発振器の必要な補償電圧曲線に
は接触してはいない。第11図Bはいくつかのオフセット
補正の増加分をプログラミングした後の、補償した結果
を示している。
The mechanism of fixed offset correction in the compensation circuit improves the resolution of the differential bias circuit by adding a small current with the compensation current to reduce the resulting frequency step. The results of this current are shown in FIG. 10 and FIG. FIG. 10 illustrates the differential bias correction plotted on a graph representing the relationship between the offset correction voltage and the current increase. Where the current increase is 1 to 2.5μA per step
/ Step. FIG. 11A illustrates a frequency vs. temperature curve, where there is no offset correction and the resulting offset from the step size of the differential bias resistor. The curve of TC voltage 1 is parallel to the tangent, but does not touch the required compensation voltage curve of the uncompensated oscillator as shown in FIG. FIG. 11B shows the compensated result after programming several offset correction increments.

ここで簡単に第8図に戻って参照すると、フィルタ34
は、補償回路を電磁干渉から関係なく保つために発振器
の接続からRF信号を減衰させるためのRFフィルタとし
て、またスイッチングの期間中に補償回路において発生
される過渡応答信号を減少させかつTC電圧端子において
バラクタダイオード36へ印加された最大変位を制限する
ためのフィルタとしても動作している。回路の高速の整
定(settling)時間は、スイッチングによる全体として
の位相シフトが極少となることを保証している。
Returning briefly to FIG. 8 here, the filter 34
Can be used as an RF filter to attenuate the RF signal from the oscillator connection to keep the compensation circuit independent of electromagnetic interference, and to reduce the transient response signal generated in the compensation circuit during switching and to reduce the TC voltage terminal Also operates as a filter for limiting the maximum displacement applied to the varactor diode. The fast settling time of the circuit ensures that the overall phase shift due to switching is minimal.

第12図は記述された補償回路に対するサンプル温度補
償曲線(周波数と温度の関係)を図示している。図面か
ら明らかなように、その曲線は、4℃の温度ステップを
用いて、すべての温度範囲に対して約+/−0.2ppmの周
波数に制限されて表現されている。
FIG. 12 illustrates a sample temperature compensation curve (frequency vs. temperature) for the described compensation circuit. As can be seen, the curve is represented using a 4 ° C. temperature step, limited to a frequency of about +/− 0.2 ppm for the entire temperature range.

第13図は、水晶発振器52と集積化された温度補償回路
を含み、かつ補償回路温度情報を更新するための機構を
含む温度補償システム50のブロック図を図示している。
15は第2の温度センサを示す。発振器の周波数は、順番
回路(sequencer)/反デイザー回路54によってシフト
レジスタにおいて分周され、15秒から30秒毎に補償を更
新するための遅いクロックを供給している。順番回路/
反デイザー回路54は、補償情報を更新する以前に、整合
するようにいくつかの連続的な表示記録を要求すること
によって隣接したA/Dセグメント(区分)間の変動分を
防止している。順番回路/反デイザー回路54は、温度セ
ンサ15によって表わされた温度のディジタル的な単位を
供給するようにA/D変換器16を駆動している。1つのア
ドレスデコーダ56は、メモリ、即ち、この場合にはEEPR
OM58から、この温度における補償を行なうために、正し
いパラメータを選択するようにこの情報を利用してい
る。温度補償(TC)データは図示されているようにTCラ
ッチ60によってラッチされ、かつこの回路は、次のディ
ジタル温度更新まで1つのアナログ温度補償回路の如く
動作している。順番回路/反デイザー回路54は、周期的
に補償システムをスタートさせかつ更新することを助け
ている。プログラマブルな割り算回路62或いは同様の装
置は別の水晶へ変更するか或いは発振器のパッケージを
変更する必要なしに、顧客の仕様に合致するようにシス
テムの出力周波数を調整するのに用いられている。周波
数調整装置64は、水晶の経時変化に対して回路を調整す
るために用いられている。
FIG. 13 illustrates a block diagram of a temperature compensation system 50 that includes a temperature compensation circuit integrated with the crystal oscillator 52 and includes a mechanism for updating compensation circuit temperature information.
Reference numeral 15 denotes a second temperature sensor. The frequency of the oscillator is divided down in the shift register by a sequencer / anti-dither circuit 54, providing a slow clock to update the compensation every 15 to 30 seconds. Sequential circuit /
The anti-dither circuit 54 prevents variations between adjacent A / D segments by requiring several consecutive display records to match before updating the compensation information. Sequencing / anti-dither circuit 54 drives A / D converter 16 to provide a digital unit of temperature represented by temperature sensor 15. One address decoder 56 is a memory, in this case an EEPROM
From OM58, this information is used to select the correct parameters to compensate at this temperature. The temperature compensation (TC) data is latched by the TC latch 60 as shown, and the circuit operates like a single analog temperature compensation circuit until the next digital temperature update. Sequencing / anti-dither circuit 54 helps to start and update the compensation system periodically. A programmable divider 62 or similar device is used to adjust the output frequency of the system to meet customer specifications without having to change to another crystal or change the package of the oscillator. The frequency adjusting device 64 is used to adjust the circuit with respect to the aging of the crystal.

ここで記述された温度補償回路は、水晶発振器の温度
補償に限定されるものではない。この温度補償回路は温
度可変電圧を発生するための温度補償回路として用いら
れてもよい。このような温度補償回路は、温度センサを
有する単一段の可変電圧発生器、プログラマブル電流
源、温度範囲を選択するためのプログラマブル電圧ディ
バイダ、差動対、及び極性変更回路に結合された可変カ
レントミラーを具備するであろう。差動対は、電流源、
電圧ディバイダ及び入力としての温度センサを具備する
であろう。この温度補償回路は、自動利得制御回路にお
けると同様の、通常の周波数対温度特性ではなく、別の
電圧対温度特性を発生するために利用されるであろう。
この温度補償回路は非常に多面的である。なぜならば、
水晶に対する平滑曲線以外の、例えばのこぎり歯或いは
放物線型曲線に対してプログラム可能であるからであ
る。結局、最終的にこの温度補償回路はすでに粗く補償
された温度補償回路上においても、ディジタルに動作さ
せることもできる。
The temperature compensation circuit described here is not limited to temperature compensation of a crystal oscillator. This temperature compensation circuit may be used as a temperature compensation circuit for generating a variable temperature voltage. Such a temperature compensation circuit includes a single-stage variable voltage generator with a temperature sensor, a programmable current source, a programmable voltage divider for selecting a temperature range, a differential pair, and a variable current mirror coupled to a polarity change circuit. Will be provided. The differential pair is a current source,
It will have a voltage divider and a temperature sensor as input. This temperature compensation circuit would be used to generate a different voltage vs. temperature characteristic than the normal frequency vs. temperature characteristic, as in an automatic gain control circuit.
This temperature compensation circuit is very versatile. because,
This is because it can be programmed for a sawtooth or parabolic curve other than a smooth curve for quartz. Eventually, this temperature compensation circuit can also be operated digitally, even on a temperature compensation circuit that has already been roughly compensated.

従って、この温度補償回路を用いることで、新しい組
合わせの値が4℃毎に温度補償を再補正、かつ新しい電
圧曲線を発生させるように、挿入される。差動対電流及
びカレントミラーは温度補償電圧勾配を制御している。
差動出力は電圧勾配極性を制御するようにスイッチさ
れ、一方、差動対バイアス及びオフセット電流源は電圧
切片を設定している。ダイオードは差動対を駆動し、同
様にEEPROMのメモリ内容を調整して更新している。
Thus, using this temperature compensation circuit, new combination values are inserted to re-correct the temperature compensation every 4 ° C. and generate a new voltage curve. The differential pair current and the current mirror control the temperature compensation voltage gradient.
The differential output is switched to control the voltage gradient polarity, while the differential pair bias and offset current sources set the voltage intercept. The diodes drive the differential pairs and similarly adjust and update the contents of the EEPROM memory.

従って、そのMOS形式による減少されたサイズ及びコ
ストに対する必要性を満足させる改善された温度補償回
路及びシステムについて図示され記述されてきた。この
温度補償回路は小型でかつ高い信頼性を求めてすべて集
積化されており、かつ補償回路において必要な構成部品
点数を最小化している。−35℃から95℃までの温度範囲
内で、最大+/−20ppmの周波数変位と2ppm/℃の最大勾
配を持つ、他のどんなカット面の水晶とも同じ様に、正
負両方の角度のATカットの水晶を補償するための能力を
他の利点としては含んでいる。
Accordingly, an improved temperature compensation circuit and system has been shown and described that satisfies the need for reduced size and cost due to its MOS type. The temperature compensating circuit is all integrated for small size and high reliability, and the number of components required in the compensating circuit is minimized. AT cut at both positive and negative angles, just like any other cut surface crystal, with a maximum frequency deviation of +/- 20 ppm and a maximum gradient of 2 ppm / ° C in the temperature range from -35 ° C to 95 ° C Other advantages include the ability to compensate for the crystal.

水晶の不完全性によってスクラップとなることを制限
するために、単一の温度範囲を再プログラムすることの
利点もEEPROMメモリは供給している。この特別の設計の
もつ簡単さ及びコンパクトさが温度補償回路及びシステ
ムにとって新しいものとなっている。
EEPROM memory also offers the advantage of reprogramming a single temperature range to limit scrapping due to crystal imperfections. The simplicity and compactness of this particular design is new to temperature compensation circuits and systems.

本発明の望ましい実施例として現在考えられるものに
ついて図示され、記述されてきたが、添付された特許請
求の範囲によって定義されるような発明の精神及び範囲
から逸脱しない種々の変化及び変更がなされてもさしつ
かえないということは当業技術者にとっては明らかであ
ろう。
While the preferred embodiment of the invention has been illustrated and described herein, it is to be understood that various changes and modifications could be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be apparent to those skilled in the art that this may not be the case.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は単一行メモリに対する温度補償動作を表わす温
度補償回路のブロック図を図示している。 第2図は温度補償回路のための差動段を図示している。 第3図は温度補償電圧の傾斜を設定するプログラム可能
な電流源によって形成される曲線を図示している。 第4図は必要な温度補償電圧曲線及びその曲線に接する
望ましい傾斜を持つ直線のグラフを図示している。 第5図はプログラム可能な傾斜を持つ単一の差動対を用
いる傾斜極性回路の回路図を図示している。 第6図はプログラム可能なカレントミラー回路を図示し
ている。 第7図は回路のカレントミラーをプログラムすることの
効果を表現する曲線を図示している。 第8図は精密オフセット機構と補償フィルタに対する回
路を図示している。 第9図は固定されたオフセット機構の図示された補償電
圧対温度曲線の1つの分解組立て図を図示している。 第10図は差動バイアス補正のグラフを図示している。 第11図A及び第11図Bは、差動バイアス抵抗のステップ
サイズとそれに従う補正から生ずるオフセットを図示し
ている。 第12図は、本発明の教示する所に従う水晶発振器のサン
プル温度補償のグラフを図示している。 第13図は発振器に集積化された温度補償回路を含む温度
補償システムのブロック図を図示している。 10……水晶発振器の温度補償回路 12……メモリ(の1行)(22ビット分) 14……(第1の)温度センサ 15……(第2の)温度センサ 16……A/D変換器 18……バイアスデコーダ(基準電圧)(プログラマブル
電圧源) 20……差動増幅器 22……電流源(プログラマブル電流源) 24……電流負荷 26……プログラマブル傾斜極性変更手段 28……可変カレントミラー 30……電流源アレイ 32……負荷抵抗 34……フィルタ(手段) 36……バラクタダイオード(電圧に依存するリアクタン
ス) 38……入力 40……Pチャネルカレントミラー 42……Nチャネルカレントミラー 44……SENS感度端子 46,48……利得端子 50……温度補償システム 52……発振器 54……順番回路/反デイザー回路 56……アドレスデコーダ 58……EEPROM 60……TC(温度補償)ラッチ 62……プログラマブルな割り算回路 64……周波数調整装置
FIG. 1 is a block diagram of a temperature compensation circuit representing a temperature compensation operation for a single row memory. FIG. 2 illustrates a differential stage for a temperature compensation circuit. FIG. 3 illustrates the curve formed by the programmable current source that sets the slope of the temperature compensation voltage. FIG. 4 illustrates a graph of the required temperature compensation voltage curve and a straight line having a desired slope tangent to the curve. FIG. 5 illustrates a circuit diagram of a gradient polarity circuit using a single differential pair with a programmable gradient. FIG. 6 illustrates a programmable current mirror circuit. FIG. 7 illustrates a curve representing the effect of programming the current mirror of the circuit. FIG. 8 shows a circuit for the precision offset mechanism and the compensation filter. FIG. 9 illustrates an exploded view of one of the illustrated compensation voltage versus temperature curves for a fixed offset mechanism. FIG. 10 shows a graph of differential bias correction. 11A and 11B illustrate the step size of the differential bias resistor and the offset resulting from the correction accordingly. FIG. 12 illustrates a graph of sample temperature compensation for a crystal oscillator in accordance with the teachings of the present invention. FIG. 13 shows a block diagram of a temperature compensation system including a temperature compensation circuit integrated in the oscillator. 10: Temperature compensation circuit for crystal oscillator 12: Memory (one row) (22 bits) 14: (First) temperature sensor 15: (Second) temperature sensor 16: A / D conversion Unit 18 bias decoder (reference voltage) (programmable voltage source) 20 differential amplifier 22 current source (programmable current source) 24 current load 26 programmable gradient polarity changing means 28 variable current mirror 30 Current source array 32 Load resistance 34 Filter (means) 36 Varactor diode (reactance depending on voltage) 38 Input 40 P-channel current mirror 42 N-channel current mirror 44 … SENS sensitivity terminals 46,48… Gain terminals 50… Temperature compensation system 52… Oscillator 54… Sequential circuit / anti-dither circuit 56… Address decoder 58… EEPROM 60… TC (temperature compensation) latch 62… … Programmable Division circuit 64 …… Frequency adjustment device

フロントページの続き (72)発明者 グレツグ・リチヤード・リツヒトシヤイ ドル アメリカ合衆国ミネソタ州55117,リト ル・カナダ,イー・カントリー・ロー ド・ビー2,165番,アパートメント227 号 (72)発明者 アンソニー・フランシス・ケラー アメリカ合衆国イリノイ州60655,シカ ゴ,エス・セント・ルイス,10443番 (72)発明者 ローレンス・エドウイン・コーネル アメリカ合衆国イリノイ州60565,ナパ ービル,リオ・グランド・サークル, 2464番 (72)発明者 マイケル・ウイリアム・シエリンガー アメリカ合衆国イリノイ州60004,アー リントン・ハイツ,エヌ・ハーバード, 1016番 (56)参考文献 特開 昭62−235807(JP,A) 特開 昭62−200804(JP,A) 特開 昭60−154716(JP,A) 「PROCEEDINGS OF T HE 23rd ANNUAL SYMP OSIUM ON FREQUENCY CONTROL 6−7−8 MAY 1969」(1969−5)ELECTRONI C INDVSTRIES ASSOCI ATION(米)P.187〜191Continuing on the front page (72) Inventor Gretz Richard Ritzhitshuidor 55 117, Minnesota, United States, E Country Road B, No. 2,165, Apartment No. 227, Apartment 227 (72) Inventor Anthony Francis Keller 60655, Illinois, USA, St. Louis, Chicago, 10443 (72) Inventor Lawrence Edwin Cornell 60565, Illinois, USA, Napaville, Rio Grand Circle, 2464 (72) Inventor Michael William Schieringer, Alarington Heights, Illinois, USA 6004, N. Harvard, No. 1016 (56) Reference JP-A-62-235807 (JP, A) JP-A-62-200804 (JP, A) JP-A Sho 60 -154716 (JP, A) "PROCEEDINGS OF THE 23rd ANNUAL SYM OSIUM ON FREQUENCY CONTROL 6-7-8 MAY 1969 "(1969-5) ELECTRONI C INDVSTRIES ASSOCI ATION (US) P. 187-191

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】所定の周波数対温度特性を有する水晶と、
前記水晶に接続されアナログ制御電圧に応答して水晶発
振器の出力周波数を変更する電圧依存リアクタンス(3
6)とによって決定される出力周波数を有する水晶発振
器の温度補償回路(10)であって、 前記温度補償回路(10)の動作温度範囲内の複数の動作
温度区分に対応するデータを記憶し、かつ記憶されたデ
ータに基づいて複数のディジタル制御信号を発生するメ
モリ手段(12)と、 動作温度範囲内の選択された動作温度区分にわたり実質
的に直線的な電流対温度変化を発生する温度依存電流発
生手段とを具え、 前記温度依存電流発生手段は、 前記メモリ手段(12)に結合され、複数のディジタル制
御信号の内の第1ディジタル制御信号に応答して動作温
度範囲内の選択された動作温度区分に対する電源電流を
発生する調整可能な電流源(22)と、 第1アナログ電圧入力端子と、第2アナログ電圧入力端
子と、前記電流源(22)に結合され前記電源電流を受け
取るアナログ電流入力端子とを有する単一の差動増幅器
(20)と、 前記差動増幅器(20)の前記第1アナログ電圧入力端子
に接続され、周囲温度に比例する温度依存出力電圧を発
生する温度センサ(14)と、 前記メモリ手段(12)及び前記差動増幅器(20)の前記
第2アナログ電圧入力端子に結合され、前記複数のディ
ジタル制御信号の内の第2ディジタル制御信号に応答し
て前記動作温度範囲内の前記選択された動作温度区分に
わたり一定のアナログ基準電圧を発生する電圧発生器
(18)とから構成され、ここで前記差動増幅器(20)は
前記温度センサ(14)の前記温度依存出力電圧と前記電
圧発生器(18)の前記アナログ基準電圧との間の差電圧
に応答して実質的に直線的な電流対温度変化を発生する
ことを特徴とし、 更に前記水晶発振器の温度補償回路(10)は、 前記メモリ手段(12)及び前記差動増幅器(20)の出力
端子に結合され、前記複数のディジタル制御信号の内の
第3ディジタル制御信号に応答して実質的に直線的な電
流対温度変化の極性を変更する傾斜極性変更手段(26)
と、 前記メモリ手段(12)及び前記傾斜極性変更手段(26)
の出力端子に結合され、前記複数のディジタル制御信号
の内の第4ディジタル制御信号に応答して実質的に直線
的な電流対温度変化の大きさを調整して調整された実質
的に直線的な電流対温度変化を発生する電流レベル調整
手段(28)と、 前記メモリ手段(12)及び前記電流レベル調整手段(2
8)に結合され、前記複数のディジタル制御信号の内の
第5ディジタル制御信号に応答して直流電流を前記調整
された実質的に直線的な電流対温度変化に適用して、直
流に調整された温度依存電流を発生するDCオフセット手
段(30)と、 前記電流レベル調整手段(28)の出力端子及び前記DCオ
フセット手段(30)の出力端子に結合され、前記直流に
調整された温度依存電流に応答してアナログ制御電圧を
発生する手段(32)と、 前記アナログ制御電圧を発生する手段(32)の出力に結
合され、複数の動作温度区分の間の遷移期間中のピーク
位相変位を制限し、かつ前記アナログ制御電圧を前記電
圧依存リアクタンス(36)に結合して動作温度範囲内に
わたり前記水晶発振器の温度補償をするフィルタ手段
(34)とを具備することを特徴とする水晶発振器の温度
補償回路(10)。
A quartz crystal having a predetermined frequency versus temperature characteristic;
A voltage-dependent reactance (3) connected to the crystal and changing the output frequency of the crystal oscillator in response to an analog control voltage.
6) a temperature compensating circuit (10) of the crystal oscillator having an output frequency determined by: (c) storing data corresponding to a plurality of operating temperature sections within an operating temperature range of the temperature compensating circuit (10); And memory means (12) for generating a plurality of digital control signals based on the stored data; and temperature dependent for producing a substantially linear current versus temperature change over a selected operating temperature section within the operating temperature range. Current generating means, the temperature dependent current generating means being coupled to the memory means (12) and responsive to a first digital control signal of a plurality of digital control signals for selecting a selected one within an operating temperature range. An adjustable current source for generating a power supply current for an operating temperature section; a first analog voltage input terminal; a second analog voltage input terminal; and the power supply coupled to the current source. A single differential amplifier having an analog current input terminal for receiving a current; and a temperature-dependent output voltage connected to the first analog voltage input terminal of the differential amplifier, the output voltage being proportional to ambient temperature. A temperature sensor (14) to be generated; a second analog voltage input terminal of the memory means (12) and the differential amplifier (20); and a second digital control signal of the plurality of digital control signals. A voltage generator (18) responsive to generating a constant analog reference voltage over the selected operating temperature segment within the operating temperature range, wherein the differential amplifier (20) includes the temperature sensor (18). Generating a substantially linear current versus temperature change in response to a difference voltage between the temperature dependent output voltage of 14) and the analog reference voltage of the voltage generator (18). The water An oscillator temperature compensation circuit (10) is coupled to the memory means (12) and the output terminal of the differential amplifier (20), and is substantially responsive to a third digital control signal of the plurality of digital control signals. Polarity changing means (26) for changing the polarity of a linear current versus temperature change
And the memory means (12) and the inclination polarity changing means (26).
And a substantially linear current-to-temperature-adjusted magnitude adjusted in response to a fourth digital control signal of the plurality of digital control signals. Current level adjusting means (28) for generating a large current-temperature change, the memory means (12) and the current level adjusting means (2
8) coupled to the fifth digital control signal of the plurality of digital control signals, wherein the direct current is applied to the adjusted substantially linear current versus temperature change to be adjusted to direct current. DC offset means (30) for generating a temperature-dependent current, and a temperature-dependent current adjusted to the direct current coupled to an output terminal of the current level adjustment means (28) and an output terminal of the DC offset means (30). Means (32) for generating an analog control voltage in response to the signal; coupled to an output of the means (32) for generating the analog control voltage to limit peak phase displacement during a transition between a plurality of operating temperature segments. And a filter means (34) for coupling the analog control voltage to the voltage-dependent reactance (36) to compensate the temperature of the crystal oscillator over an operating temperature range. Vessels of the temperature compensation circuit (10).
【請求項2】周囲温度に比例するアナログ出力電圧を発
生する第2温度センサ(15)と、 前記メモリ手段(12)及び前記第2温度センサ(15)の
1つの出力端子に結合され、前記第2温度センサ(15)
のアナログ出力電圧に応答してディジタル出力信号を発
生し、かつ前記メモリ手段(12)に対して前記ディジタ
ル出力信号を提供し、前記メモリ手段(12)は前記ディ
ジタル出力信号を使用して特定の記憶されたデータを選
択して複数のディジタル制御信号を発生するアナログ−
ディジタル変換器(16)とを更に具備することを特徴と
する請求項1記載の水晶発振器の温度補償回路(10)。
A second temperature sensor (15) for generating an analog output voltage proportional to the ambient temperature; and a memory (12) coupled to one output terminal of the second temperature sensor (15); Second temperature sensor (15)
And generating a digital output signal in response to the analog output voltage of the digital output signal, and providing the digital output signal to the memory means (12). An analog for selecting stored data and generating a plurality of digital control signals;
The temperature compensation circuit (10) for a crystal oscillator according to claim 1, further comprising a digital converter (16).
【請求項3】前記メモリ手段(12)は、プログラマブル
データ記憶装置を具えたことを特徴とする請求項1記載
の水晶発振器の温度補償回路(10)。
3. A temperature compensation circuit (10) for a crystal oscillator according to claim 1, wherein said memory means (12) comprises a programmable data storage device.
【請求項4】前記プログラマブルデータ記憶装置は、電
気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ
(EEPROM)を具えたことを特徴とする請求項3記載の水
晶発振器の温度補償回路(10)。
4. The temperature compensation circuit according to claim 3, wherein said programmable data storage device comprises an electrically erasable programmable read only memory (EEPROM).
【請求項5】前記DCオフセット手段(30)は、複数の調
整可能なカレントミラー及び複数の負荷抵抗を具えたこ
とを特徴とする請求項1記載の水晶発振器の温度補償回
路(10)。
5. The temperature compensation circuit of claim 1, wherein said DC offset means comprises a plurality of adjustable current mirrors and a plurality of load resistors.
【請求項6】前記温度センサ(14)は、直列接続された
ダイオードを具えたことを特徴とする請求項1記載の水
晶発振器の温度補償回路(10)。
6. The temperature compensation circuit (10) for a crystal oscillator according to claim 1, wherein said temperature sensor (14) comprises a diode connected in series.
【請求項7】前記電流源(22)は、複数の調整可能なカ
レントミラーを具えたことを特徴とする請求項1記載の
水晶発振器の温度補償回路(10)。
7. A temperature compensation circuit (10) for a crystal oscillator according to claim 1, wherein said current source (22) comprises a plurality of adjustable current mirrors.
【請求項8】前記メモリ手段(12)と前記温度依存電流
発生手段(14,18,20,22)と前記傾斜極性変更手段(2
6)と前記電流レベル調整手段(28)と前記DCオフセッ
ト手段(30)と前記アナログ制御電圧を発生する手段
(32)と及び前記フィルタ手段(34)はすべて集積化さ
れて1つの集積回路を構成することを特徴とする請求項
1記載の水晶発振器の温度補償回路(10)。
8. The memory means (12), the temperature-dependent current generating means (14, 18, 20, 22) and the inclination polarity changing means (2).
6), the current level adjusting means (28), the DC offset means (30), the means for generating the analog control voltage (32), and the filter means (34) are all integrated to form one integrated circuit. The temperature compensation circuit (10) for a crystal oscillator according to claim 1, wherein the temperature compensation circuit (10) is configured.
【請求項9】所定の周波数対温度特性を有する水晶と、
前記水晶に接続されアナログ制御電圧に応答して水晶発
振器の出力周波数を変更するバラクタ(36)とによって
決定される出力周波数を有する水晶発振器の温度補償回
路(10)であって、 前記温度補償回路(10)の動作温度範囲内の複数の動作
温度区分に対応するデータを記憶し、かつ記憶されたデ
ータに基づいて複数のディジタル制御信号を発生する電
気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ
(EEPROM)(12)と、 動作温度範囲内の選択された動作温度区分にわたり実質
的に直線的な電流対温度変化を発生する温度依存電流発
生手段とを具え、 前記温度依存電流発生手段は、 前記電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメ
モリ(EEPROM)(12)に結合され、複数のディジタル制
御信号の内の第1ディジタル制御信号に応答して動作温
度範囲内の選択された動作温度区分に対する電源電流を
発生する調整可能な電流源(22)と、 第1アナログ電圧入力端子と、第2アナログ電圧入力端
子と、前記電流源(22)に結合され前記電源電流を受け
取るアナログ電流入力端子とを有する単一の差動増幅器
(20)と、 前記差動増幅器(20)の前記第1アナログ電圧入力端子
に接続され、周囲温度に比例する温度依存出力電圧を発
生するダイオード温度センサ(14)と、 前記電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメ
モリ(EEPROM)(12)及び前記差動増幅器(20)の前記
第2アナログ電圧入力端子に結合され、前記複数のディ
ジタル制御信号の内の第2ディジタル制御信号に応答し
て前記動作温度範囲内の前記選択された動作温度区分に
わたり一定のアナログ基準電圧を発生する電圧発生器
(18)とから構成され、ここで前記差動増幅器(20)
は、前記ダイオード温度センサ(14)の前記温度依存出
力電圧と前記電圧発生器(18)の前記アナログ基準電圧
との間の差電圧に応答して実質的に直線的な電流対温度
変化を発生することを特徴とし、 更に前記水晶発振器の温度補償回路(10)は、 前記電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメ
モリ(EEPROM)(12)及び前記差動増幅器(20)の出力
端子に結合され、前記複数のディジタル制御信号の内の
第3ディジタル制御信号に応答して実質的に直線的な電
流対温度変化の極性を変更する傾斜極性変更手段(26)
と、 前記電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメ
モリ(EEPROM)(12)及び前記傾斜極性変更手段(26)
の出力端子に結合され、前記複数のディジタル制御信号
の内の第4ディジタル制御信号に応答して実質的に直線
的な電流対温度変化の大きさを調整して調整された実質
的に直線的な電流対温度変化を発生する電流レベル調整
手段(28)と、 前記電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメ
モリ(EEPROM)(12)及び前記電流レベル調整手段(2
8)に結合され、前記複数のディジタル制御信号の内の
第5ディジタル制御信号に応答して直流電流を前記調整
された実質的に直線的な電流対温度変化に適用して、直
流に調整された温度依存電流を発生する複数の調整可能
なカレントミラーと、 前記電流レベル調整手段(28)の出力端子及び前記複数
の調整可能なカレントミラーの出力端子に結合され、前
記直流に調整された温度依存電流に応答してアナログ制
御電圧を発生する負荷抵抗(32)と、 前記アナログ制御電圧を発生する負荷抵抗(32)の出力
に結合され、複数の動作温度区分の間の遷移期間中のピ
ーク位相変位を制限し、かつ前記アナログ制御電圧を前
記バラクタ(36)に結合して動作温度範囲内にわたり前
記水晶発振器の温度補償をするフィルタ(34)とを具備
することを特徴とする水晶発振器の温度補償回路(1
0)。
9. A quartz crystal having a predetermined frequency versus temperature characteristic,
A temperature compensation circuit (10) for the crystal oscillator having an output frequency determined by a varactor (36) connected to the crystal and changing an output frequency of the crystal oscillator in response to an analog control voltage, wherein the temperature compensation circuit An electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM) that stores data corresponding to a plurality of operating temperature ranges within the operating temperature range of (10) and generates a plurality of digital control signals based on the stored data. (12); and temperature dependent current generating means for generating a substantially linear current versus temperature change over a selected operating temperature section within an operating temperature range, wherein said temperature dependent current generating means comprises: Responsive to a first digital control signal of a plurality of digital control signals, coupled to an electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) (12) An adjustable current source for generating a power supply current for a selected operating temperature range within an operating temperature range, a first analog voltage input terminal, a second analog voltage input terminal, and the current source. A single differential amplifier (20) coupled to the first analog voltage input terminal of the differential amplifier (20) and having an analog current input terminal for receiving the power supply current; A diode temperature sensor for generating a temperature-dependent output voltage, coupled to the electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) and the second analog voltage input terminal of the differential amplifier; Generating a constant analog reference voltage over the selected operating temperature segment within the operating temperature range in response to a second digital control signal of the plurality of digital control signals. Is composed from a voltage generator (18) which, wherein said differential amplifier (20)
Generates a substantially linear current versus temperature change in response to a difference voltage between the temperature dependent output voltage of the diode temperature sensor (14) and the analog reference voltage of the voltage generator (18). The temperature compensation circuit (10) of the crystal oscillator is further coupled to output terminals of the electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) (12) and the differential amplifier (20). Gradient polarity changing means for changing the polarity of a substantially linear current versus temperature change in response to a third digital control signal of said plurality of digital control signals.
Said electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) (12) and said gradient polarity changing means (26)
And a substantially linear current-to-temperature-adjusted magnitude adjusted in response to a fourth digital control signal of the plurality of digital control signals. Current level adjusting means (28) for generating a large current-temperature change; the electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) (12); and the current level adjusting means (2).
8) coupled to the fifth digital control signal of the plurality of digital control signals, wherein the direct current is applied to the adjusted substantially linear current versus temperature change to be adjusted to direct current. A plurality of adjustable current mirrors for generating a temperature-dependent current, and an output terminal of the current level adjustment means (28) and an output terminal of the plurality of adjustable current mirrors, the temperature adjusted to the direct current. A load resistor (32) for generating an analog control voltage in response to the dependent current; and a load coupled to an output of the load resistor (32) for generating the analog control voltage, the peak being during a transition period between a plurality of operating temperature segments. A filter (34) for limiting phase displacement and coupling the analog control voltage to the varactor (36) to compensate for the temperature of the crystal oscillator over an operating temperature range. Temperature compensation circuit (1
0).
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