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

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、携帯電話機のデジタル
制御型発振回路の周波数補正方法に関するもので、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。
【0002】
【従来技術】図4は一般に使用されるデジタル温度補償
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。
【0003】前記発信回路61に使用される水晶振動子
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。
【0004】図5は図4の発振回路61の構成例を示す
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。
【0005】図6は図5の発振回路61で使用する水晶
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。
【0006】図7は種々の可変容量ダイオードの制御電
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。
【0007】従って周波数偏差は次式で表す制御電圧
(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。
【0008】従って、従来の周波数補正方法は水晶振動
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。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7に
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。
【0010】また、図7に示すような直線の傾きKは、
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)
i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。
【0011】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
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。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
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
、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
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。
【0013】
【作用】本発明は、図1に示すように使用する可変容量
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。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
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。
【0015】本発明の周波数補正方法を説明する。図1
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
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。
【0016】また、水晶振動子45は図6に示すような
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。
【0017】図2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(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、
晶振動子は図6のMINで示す温度特性を持つ水晶振動
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。
【0018】上記説明したように使用する可変容量ダイ
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。
【0019】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
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。
【0020】(2)また、従来のハ−ドをそのまま使用
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の周波数補正方法に使用する可変容量ダ
イオ−ドの特性を示す図である。
【図2】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)の変化を示す図である。
【図3】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)の変化を示す図である。
【図4】デジタル温度補償水晶発振器のブロック構成例
を示す図である。
【図5】図4で使用する発振回路の例を示す図である。
【図6】水晶振動子の温度特性を示す図である。
【図7】種々の可変容量ダイオ−ドの制御電圧−周波数
偏差特性を示す図である。
【図8】従来の周波数補正方法による温度特性の例を示
す図である。
【符号の説明】
40 コンデンサ 41 抵抗器 42 可変容量ダイオ−ド 43 コンデンサ 44 コンデンサ 45 水晶振動子 46 コンデンサ 47 コンデンサ 48 抵抗器 49 抵抗器 50 トランジスタ 51 抵抗器 52 抵抗器 53 コンデンサ 54 コンデンサ 55 抵抗器 56 コンデンサ 57 コンデンサ 60 デジタル温度補償水晶発振器 61 発振回路 62 温度センサ 63 A/D変換器 64 CPU(中央処理装置) 65 D/A変換器 66 積分回路 67 メモリ
フロントページの続き (72)発明者 平本 寿一 東京都世田谷区玉川台2−14−9 京セ ラ株式会社 東京用賀事業所内 (56)参考文献 特開 昭60−173492(JP,A) 特開 平6−276020(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03B 5/32

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  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
    対する共振周波数の周波数偏差を示す温度特性を予め
    記メモリに格納しておき、 前記CPUは前記温度センサ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。
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