JP3243680B2 - デジタル制御型発振回路の周波数補正方法 - Google Patents
デジタル制御型発振回路の周波数補正方法Info
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制御型発振回路の周波数補正方法に関するもので、特に
発振回路の温度補償に使用する可変容量ダイオードの制
御電圧を水晶振動子の共振周波数の周波数偏差の一次式
で表し、制御することにより周波数精度の向上を図った
デジタル制御型発振回路の周波数補正方法に関するもの
である。
水晶発振器のブロック構成例を示す図である。図示する
ように、デジタル温度補償水晶発振器60は水晶振動子
を使用した発振回路61、温度センサ62、A/D変換
器63、CPU(中央処理装置)64、D/A変換器6
5、積分回路66、メモリ67で構成される。
は温度変化により発振周波数が変化する温度特性をもっ
ているが、発振回路61(詳細は図5参照)は温度変化
に対応した制御電圧で補正することにより一定の出力周
波数を保持している。予め、メモリ67に水晶振動子の
温度変化による共振周波数のずれを補正する制御情報を
格納しておく。温度センサ62は発振回路61の温度を
検出し、A/D変換器63でデジタル値に変換してCP
U64へ出力する。CPU64は前記メモリ67に格納
している前記制御情報を参照し、温度に相当する制御信
号(デジタル信号)をD/A変換器65へ出力し、D/
A変換器65はそれをアナログ値に変換して積分回路6
6を介して発振回路61へ出力し、出力周波数を所定の
一定周波数に保持する。
図である。発振回路61の発振周波数は水晶振動子4
5、コンデンサ43、44、46、47と可変容量ダイ
オ−ド42の静電容量で決定される。水晶振動子45で
発振した周波数信号はトランジスタ50で増幅され、コ
ンデンサ56を通して出力端子から出力される。水晶振
動子45は温度変化により共振周波数が変化(±10p
pm程度)する温度特性を有し、前記可変容量ダイオ−
ド42は印加電圧により静電容量が変化する素子であ
る。従って、水晶振動子45の温度が変化した場合、C
PU64(図4)は発振回路61の入力端子の電圧を前
記の方法で制御して出力端子から出力される出力周波数
を一定に制御することができる。
振動子45の温度特性を示す図である。図示するように
水晶振動子45は各素子によりバラツキはあるが、温度
25℃を中心として−30℃から75℃まで変化させた
場合、その共振周波数は基準周波数を中心として最大−
12〜+7ppm程度変化するものを使用してた。この
周波数偏差を補正するために可変容量ダイオ−ド42の
制御電圧を調整する。
圧(Vcont)に対する水晶振動子の共振周波数の周
波数偏差を表す制御電圧(Vcont)−周波数偏差特
性を示す図である。図示するように水晶振動子の共振周
波数の周波数偏差は略可変容量ダイオードの制御電圧の
一次式で表される。この可変容量ダイオード42の傾き
をKとする。
(補正電圧)Viを与えることにより補正することが出
来る。 Vi=V0−Δfi・K ・・・・・・・・・(1) ここでV0は周波数偏差=0の時の制御電圧、Δfiは各
温度での周波数偏差、Viはその時の制御電圧(補正電
圧)、Kは可変容量ダイオ−ド42の傾きである。
子45の温度特性(温度変化と周波数偏差Δfiの関係
式又は、対照表)及び、可変容量ダイオ−ド42の傾き
Kの値を予めメモリ67に格納しておき、温度センサ6
2が検出した温度に応じてCPU64は一次式(1)に
より制御電圧(補正電圧)Viを計算し、可変容量ダイ
オ−ド42に印加し出力周波数のずれを補正していた。
示すように可変容量ダイオ−ド42の傾きKには種々の
傾きがある。従来は或る一定の傾きKに近似した可変容
量ダイオ−ド42を選別し、その値を可変容量ダイオ−
ド42の傾きKとして予め設定してメモリ67に格納し
ていたため、選別に非常に時間を要し、しかも正確な傾
きではないために制御電圧(補正電圧)Viに誤差が生
じると云う問題がある。例えば図8に示すように傾きK
のバラツキの為に制御電圧の誤差が最大約0.15V、
周波数偏差に換算すると最大約5ppmの誤差が生じ
る。
制御電圧全域で一様ではなく略一次式であり傾きKが異
なる部分がある。従って、適切な電圧の範囲内で求めた
傾きKにより一次式で与えられる制御電圧(補正電圧)
Viで補正しないと誤差が生じる。これらの誤差は水晶
振動子45のその他の誤差要因等を合わせるとRCR−
STD(RCRスタンダ−ド)に決められた−20℃〜
60℃の温度範囲で周波数誤差が1ppm以内を超える
と云う問題がある。
で、上記問題点を除去するために温度補償に使用する可
変容量ダイオード毎に水晶振動子の共振周波数の周波数
偏差と可変容量ダイオードの制御電圧の一次式を求め、
該制御電圧で制御することにより周波数精度の向上を図
ったデジタル制御型発振回路の周波数補正方法を提供す
ることを目的とする。
本発明は、CPU、メモリ、温度センサ、水晶振動子、
可変容量ダイオードで構成する発振回路を具備し、該可
変容量ダイオードの制御電圧を調整することにより温度
変化による水晶振動子の共振周波数の変化を補正し、一
定周波数を出力するデジタル制御型発振回路の周波数補
正方法において、図1に示すように、発振回路における
可変容量ダイオードの制御電圧に対する水晶振動子の共
振周波数の周波数偏差を示す周波数偏差特性を周波数偏
差=0の点を含む直線部分の一次式で表しその一次係数
と、水晶振動子の温度に対する共振周波数の周波数偏差
を示す温度特性を予めメモリに格納しておき、CPUは
温度センサで検出した温度に応じて水晶振動子の温度特
性から周波数偏差を計算し、一次係数で表される一次式
から可変容量ダイオードの制御電圧を求め、該制御電圧
を印加することにより出力周波数を所定の一定周波数に
制御することを特徴とする。
ダイオード毎に発振回路における可変容量ダイオードの
制御電圧に対する水晶振動子の共振周波数の周波数偏差
を示す周波数偏差特性を周波数偏差=0の点を含む直線
部分の一次式で表し、傾きKを実測値に基づいて設定す
るので、従来のようにバラツキによる誤差はなくなり正
確な周波数制御が可能となる。また、制御電圧の全範囲
を一本の直線で表すので測定も簡単で従来の選別作業も
無用になる。
細に説明する。本発明の周波数補正方法を実施するデジ
タル温度補償水晶発振器のブロック構成及び発振回路は
図4及び図5に示す通りで、従来技術で説明したので説
明は省略する。
は本発明の周波数補正方法に使用する発振回路における
可変容量ダイオードの制御電圧に対する水晶振動子の共
振周波数の周波数偏差を示す図である。図示するよう
に、可変容量ダイオードの制御電圧に対する水晶振動子
の共振周波数の周波数偏差は実測値aに示すように制御
電圧の中心から離れるに従って直線から外れるが、本発
明では周波数偏差の傾きKを周波数偏差=0の点を含む
直線bで近似する。傾きKは式(2)で表される。 K=(V−V0)/Δf (2) ここでV0は周波数偏差=0の時の制御電圧、Vは制御
電圧、Δfは制御電圧Vの時の周波数偏差を表す。可変
容量ダイオード42(図5参照)は前記式(1)(Vi
=V0−Δfi・K)で計算され印加される。
温度特性を示し一般に温度に対して三次式で表される。
これらの可変容量ダイオ−ド42の傾き及び、水晶振動
子45の温度特性(三次式)を予めメモリ67に格納し
ておく。CPU64は温度センサ62の検出した温度
と、水晶振動子45の温度特性から周波数偏差を計算し
可変容量ダイオ−ド42の傾きKを用いて制御電圧を式
(1)で計算し印加する。
に対する制御電圧(Vcont)の変化の状態を示す図
である。ここで使用する可変容量ダイオードは、発振回
路の制御電圧に対する水晶振動子の共振周波数の周波数
偏差が図7で表されるような制御電圧(Vcont)−
周波数偏差特性を有する可変容量ダイオードであり、水
晶振動子は図6のMINで示す温度特性を持つ水晶振動
子である。温度に対する制御電圧を図2に示すように変
化させることにより、周波数偏差(誤差)は最大で0.
6ppm以内に抑えることが出来る。図3は本発明の周
波数補正方法による温度に対する制御電圧(Vcon)
の変化の状態を示す図である。使用する可変容量ダイオ
ードは図7に示す制御電圧−周波数偏差で略一次式の特
性を持つ可変容量ダイオードであり、水晶振動子は図6
のMAXで示す温度特性を持つ水晶振動子である。温度
に対する制御電圧を図2、図3に示すように変化させる
ことにより、周波数偏差(誤差)もまた最大で0.5p
pm以内に抑えることが出来る。
オード42毎に制御電圧に対する水晶振動子の共振周波
数の周波数偏差特性を周波数偏差=0の点を含む直線部
分の一次式で表し、傾きKを実測値に基づいて設定する
ので、従来のようにバラツキによる誤差はなくなり正確
な周波数制御が可能となる。また、制御電圧の全区間
(範囲)を一本の直線で表すので測定も簡単で従来の選
別作業も無用になる。なお、傾きKを求める最適な範囲
として、1.8V〜3.5Vであればよい結果が得られ
る。
れば、下記のような優れた効果が期待できる。 (1)本発明の補正方法は使用する可変容量ダイオード
毎に制御電圧に対する水晶振動子の共振周波数の周波数
偏差特性を周波数偏差=0の点を含む直線部分の一次式
で表し、傾きKを実測値に基づいて設定するので、従来
のようにバラツキによる誤差はなくなり正確な周波数制
御が可能となる。また、制御電圧の全区間(範囲)を一
本の直線で表すので測定も簡単で従来の選別作業も無用
になる。
し係数をメモリに格納するだけで済むので費用がかから
ず、更に、フィ−ドバック制御ではないので動作も早く
安定し携帯電話に最も適している。
イオ−ドの特性を示す図である。
御電圧(Vcon)の変化を示す図である。
御電圧(Vcon)の変化を示す図である。
を示す図である。
偏差特性を示す図である。
す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 CPU、メモリ、温度センサ、水晶振動
子、可変容量ダイオードで構成する発振回路を具備し、
該可変容量ダイオードの制御電圧を調整することにより
温度変化による水晶振動子の共振周波数の変化を補正
し、一定周波数を出力するデジタル制御型発振回路の周
波数補正方法において、前記発振回路における 可変容量ダイオードの制御電圧に
対する前記水晶振動子の共振周波数の周波数偏差を示す
周波数偏差特性を周波数偏差=0の点を含む直線部分の
一次式で表しその一次係数と、前記水晶振動子の温度に
対する共振周波数の周波数偏差を示す温度特性を予め前
記メモリに格納しておき、 前記CPUは前記温度センサで検出した温度に応じて前
記水晶振動子の温度特性から周波数偏差を計算し、前記
一次係数で表される一次式から可変容量ダイオードの制
御電圧を求め、該制御電圧を印加することにより出力周
波数を所定の一定周波数に制御することを特徴とするデ
ジタル制御型発振回路の周波数補正方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30813194A JP3243680B2 (ja) | 1994-11-16 | 1994-11-16 | デジタル制御型発振回路の周波数補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08148936A JPH08148936A (ja) | 1996-06-07 |
JP3243680B2 true JP3243680B2 (ja) | 2002-01-07 |
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JP30813194A Expired - Fee Related JP3243680B2 (ja) | 1994-11-16 | 1994-11-16 | デジタル制御型発振回路の周波数補正方法 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3243680B2 (ja) |
-
1994
- 1994-11-16 JP JP30813194A patent/JP3243680B2/ja not_active Expired - Fee Related
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