JP3911722B2 - アナログ／デジタル入出力スイッチ回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、補償回路によって発振器の発振周波数を周囲の温度の変化に対して安定化する温度補償発振器（ＴＣＯ）に関し、特に、上記ＴＣＯをＩＣ化して小型化した場合に上記温度補償の調整のために入出力されるアナログ信号とデジタル信号とを切り替えることにより省スペース化を達成できるアナログ／デジタル入出力スイッチ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発振器の周波数安定度に影響を及ぼす外部要因は種々あるが、そのうちで実用上最も大きな要因をなすものはその発振器の置かれる場所の温度である。以下、水晶振動子を用いた温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）を例に説明する。即ち、上記温度による影響を排除するためには種々の方法が提案されているが、その一つに補償回路によって水晶発振器の負荷容量を変化させることによって発振周波数を周囲温度の変化に対して所望の偏差に安定化する温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）が知られている。
従来の温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）の基本構成は、図５（ａ）に示す様に水晶振動子３と増幅器４に直列にバラクタダイオード（バリキャップ）２を挿入し、補償回路１によって発生する直流電圧を前記バリキャップ２に印加するものである。なお、上記バラクタダイオード２に接続されたコンデンサ５は、制御感度（ＡＦＣ感度）を調整するための容量（コンデンサ）である。
【０００３】
また、上記補償回路１は、図５（ｂ）に示すように複数のサーミスタＲ（Ｔ）と抵抗Ｒを含む抵抗回路網で形成されており、水晶発振器の発振周波数が温度変化に伴って変化する際、各温度においてその変化を打ち消すようなバリキャップの容量となるように直流電圧を発生するように構成されている。なお、補償回路１は上記抵抗回路網の各回路素子を製品毎に付け換えることによって水晶の温度特性のばらつきや他の回路素子のばらつきを補正して、希望する温度範囲において規定する周波数偏差以下となるように調整するのが一般的である。
なお、ＴＣＸＯとしては、上記図５に示したようにサーミスタと抵抗等の補償回路によって単に直流電圧変化を発生する間接型の他に、サーミスタとコンデンサとの並列回路を直接水晶振動子に直列に接続し、該補償回路に直接高周波電流を流し、温度によるサーミスタの抵抗変化によって、等価直列容量を変化させることにより温度補償を行う直接型がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した如く、サーミスタとコンデンサとの並列回路を水晶振動子に接続する直接型ＴＣＸＯにおいては、サーミスタの温度特性そのものが温度補償特性を左右するが、一方、サーミスタのＢ定数や常温値の抵抗値等の温度特性は入手し得る材料の種類が限られるため、さほど種類が多くなく、水晶のカット角の誤差範囲の全てについて適したサーミスタが得られる訳ではない。
また、周波数安定度をより厳しく微小に抑圧するためには並列コンデンサの値や感度調整用にサーミスタに直列又は並列に接続する抵抗の値を厳密に選択する必要があり、工数増加と歩留率の悪化を伴っていた。
一方、間接型ＴＣＸＯにおいては、図５（ａ）、（ｂ）に示したように構成するが、上記補償回路１の抵抗回路網がかなりのスペースを必要とする構成となっているので小型化に限界があった。
【０００５】
すなわち、従来の間接型ＴＣＸＯにおいても補償回路の抵抗回路網においては、その抵抗素子の各回路定数の調整は、その抵抗素子自身を差し換え、その都度温度試験を繰り返して行っていたので差し換え用の抵抗は、補償回路の差し換え可能なようにＩＣ外部に配置しなければならず、結果として小型化を妨げていた。
また、上記抵抗素子の差し換え作業は直接型と同様手間がかかり非効率であった。
そこで、上記ＴＣＸＯの補償回路を中心にＩＣ化して画期的な小型化および調整の効率化を達成させることが提唱されているが、上記ＩＣ化のためには以下の様な問題点があった。
すなわち、上記ＴＣＸＯをＩＣ化する場合、温度補償の調整や測定を行うための種々の信号を入出力するための入出力端子が必要となるが、上記ＩＣは、その内部に抵抗回路網の温度特性等のばらつきを補正するための補正データを記憶するメモリを有するため、調整情報を外部から書き込むための信号線を多数持つ必要があると共に、調整時に同時にＩＣ内の各部を外部から計測するための信号線を持つ必要があり、これらの必要とされる信号線の数に対応する端子を設けると端子数が大幅に増大し、上記ＩＣを大型化せざるを得ないという問題点があった。
そこで、上記端子数を減らすために、いくつかの信号線をスイッチで切り替えて１つの共用端子に接続する方法が考えられるが、上記ＩＣに入出力される種々の信号には、抵抗回路網のアナログスイッチを切り替えるためのアナログ信号や、抵抗回路網の温度特性等のばらつきを補正するに必要な補正データを記憶するメモリへ入出力を行うためのデジタル信号が含まれるため、ただ単にスイッチを介して接続したのでは以下の様な問題が生じてしまう。
すなわち、上記スイッチを全部アナログスイッチにするとデジタル系では上記アナログスイッチのＯＮ抵抗によって波形がなまってしまい、ロジック回路で切り替えを行うとアナログ値が測定できなくなる。
【０００６】
【目的】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、温度補償発振器（ＴＣＯ）をＩＣ化して小型化した場合に上記温度補償の調整のために入出力されるアナログ信号とデジタル信号とを共通に切り替えすることにより省スペース化を達成できるアナログ／デジタル入出力スイッチ回路を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、ＩＣ化した温度補償発振器における温度補償のために入出力されるアナログ信号とデジタル信号とを共通に切り替えるためのアナログ／デジタル入出力スイッチ回路において、供給されるモード設定信号に従って、温度補償のための補正データを記憶するメモリにアクセスしてデジタル信号を入出力するデジタル系モードと上記ＩＣ内のアナログ部分に対しアナログ信号を入出力するアナログ系モードとに切り替える切り替え手段を具備することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明によるアナログ／デジタル入出力スイッチ回路を適用するＴＣＸＯの一実施形態を有するＩＣ化された温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）の例を示す構成ブロック図である。
図１に示す様に、上記ＴＣＸＯは、温度軸に対して特定の関数電圧を発生させるための補償回路部および発振回路部を有するＩＣ化されたＩＣ部６と、上記ＩＣ部６に外付けで接続されたバリキャップ部７と、上記バリキャップ部７に接続された水晶振動子８とを有する構成となっている。
なお、補償回路のサーミスタ部９は上記ＩＣ部６に外付けで接続されたもので、温度変化に伴って温度の３次関数の直流電圧を発生するものである。
【０００９】
上記ＩＣ部６は、温度補償の調整や測定を行うに必要な種々の信号を入出力するための入出力端子群１０と、上記端子群１０に接続された切替回路１１と、上記切替回路１１に接続されたメモリ（ＥＥ−ＰＲＯＭ）１２と、上記メモリ１２に接続されたレギュレータ１３と、上記切替回路１１およびメモリ１２およびサーミスタ部９およびバリキャップ部７に接続された可変抵抗回路網１４と、上記切替回路１１およびメモリ１２およびバリキャップ部７に接続された分圧回路１５と、上記バリキャップ部７に接続された発振回路１６と、上記発振回路１６および出力端子１７に接続された出力バッファ１８と、上記切替回路１１およびメモリ１２およびレギュレータ１３に接続された電源端子１９、２０とを有する構成となっている。
【００１０】
次に、図２の動作フローチャートを参照して、上記ＴＣＸＯの製造過程、特に調整の概要を説明すると、まず、ステップ１００において、補償する前の温度特性を測定する。この測定の結果、各温度における周波数偏のデータを取得し、上記切替回路１１を介して上記端子群１０より上記メモリ１２へ上記分圧回路１５の分圧や可変抵抗回路網１４の温度特性やレギュレータ１３の出力電圧のばらつきの補正を含めた補正データを書き込む（ステップ１０１）。
次に、ステップ１０２において、実際に補償動作を機能させて各温度における出力周波数および必要があれば各部の電圧を測定する。その結果、周波数の温度特性が規定値以内であれば調整を終了するが、規格値を満たさない場合は（ステップ１０３にてＮＯ）、その測定結果に基づいて更に部分的に補正データを上記メモリ１２へ書き込む（ステップ１０４）。
このような調整を終えたＴＣＸＯでは、実際の動作においては、上記メモリ１２より上記調整済の補正データが読み出され、上記温度特性や出力電圧のばらつきを補正するために上記補正データを必要とする上記ＩＣ部６内の各部（上記切替回路１１、レギュレータ１３、可変抵抗回路網１４、分圧回路１５）へ送られる。また、使用時においては、ユーザにより上記分圧回路１５によるＡＦＣ感度の調整が行われることもある。
【００１１】
次に、本発明の要部である切替回路１１について説明する。
上記切替回路１１は、上記温度補償の調整のために入出力されるアナログ信号とデジタル信号とを共通に切り替える機能を有するアナログ／デジタル入出力スイッチ回路を複数有することにより構成されるもので、以下に、その１つを例にとって説明する。
図３は、上記アナログ／デジタル入出力スイッチ回路の構成図である。
図３に示す様に、このアナログ／デジタル入出力スイッチ回路は、入出力端子群１０内のある端子１０ａと上記メモリ（ＥＥ−ＰＲＯＭ）１２とを切り替えて接続するデジタル系のデジタルスイッチ部２１と、上記端子１０ａと可変抵抗回路網１４等の各部とを切り替えて接続するアナログ系のアナログスイッチ部２２とを有している。
【００１２】
そして、上記デジタルスイッチ部２１は、プルダウン抵抗の機能を果すために、そのドレイン端子が上記端子１０ａに接続されているＦＥＴ２３と、その出力側が上記ＦＥＴ２３のゲート端子に接続されている第１のインバータ２４と、その一方の入力が上記端子１０ａに接続されているＮＡＮＤ回路２５と、その出力側が上記ＮＡＮＤ回路２５の他方の入力に接続されている第２のインバータ２６と、上記ＮＡＮＤ回路２５と上記メモリ１２との間に接続されている第３のインバータ２７とを有しており、上記第１および第２のインバータ２４、２６の入力側には、上記アナログ／デジタル入出力スイッチ回路をアナログ系モードあるいはデジタル系モードに設定するためのモード設定信号ＣＴＲＬが入力端子Ａ（図１参照）より入力される様になっている。
また、上記アナログスイッチ部２２は、上記端子１０ａと上記可変抵抗回路網１４等の各部との間に接続されたアナログスイッチ群２８から成っている。
【００１３】
次に、上記図３に示したアナログ／デジタル入出力スイッチ回路の動作について説明する。
上記アナログ／デジタル入出力スイッチ回路は、図４に示す様に、上記モード設定信号ＣＴＲＬがロー（Ｌｏｗ）信号の場合、上記第１および第２のインバータ２４、２６によって上記ロー信号が反転されて上記プルダウン機能のＦＥＴ２３のゲート端子および上記ＮＡＮＤ回路２５の他方の入力へ供給されるためデジタル系モード（メモリアクセスモード）となり、上記端子１０ａとメモリ１２とがアクセスされプルダウンされる。
次に、上記モード設定信号ＣＴＲＬがハイ（Ｈｉｇｈ）信号かあるいは解放されている場合、上記第１および第２のインバータ２４、２６によって上記ハイ信号あるいは解放信号が反転されて上記ＦＥＴ２３のゲート端子および上記ＮＡＮＤ回路２５の他方の入力へ供給されるので、アナログ系モードとなり、上記ＦＥＴ２３によってプルダウンは行われず上記ＮＡＮＤ回路２５によるゲートは閉じられ、上記アナログスイッチ群２８を介して上記端子１０ａと上記可変抵抗回路網１４等の各部とがつながれる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明した様に、ＴＣＯをＩＣ化して小型化した場合に上記温度補償の調整のために入出力されるアナログ信号とデジタル信号とを共通に切り替えるように構成したので、スイッチとしてアナログ信号用とデジタル信号用とが共用できるので、スイッチの数を大幅に削減可能となり、省スペース化を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアナログ／デジタル入出力スイッチ回路の一実施形態を有するＩＣ化された温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）の構成ブロック図である。
【図２】図１に示したＴＣＸＯの調整方法のフローチャートである。
【図３】図１に示した切替回路内のアナログ／デジタル入出力スイッチ回路の内部構成図である。
【図４】図３に示したアナログ／デジタル入出力スイッチ回路におけるモード切替動作を示す図である。
【図５】（ａ）は従来の温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）の基本構成図であり、（ｂ）は（ａ）に示した補償回路の構成図である。
【符号の説明】
１…補償回路、
２…バラクタダイオード（バリキャップ）、３、８…水晶振動子、
４、１６…発振回路（ＯＳＣ）、 ５…コンデンサ、
６…ＩＣ部、 ７…バリキャップ部、
９…サーミスタ部、 １０…入出力端子群、
１０ａ…端子、 １１…切替回路、
１２…メモリ（ＥＥ−ＰＲＯＭ）、 １３…レギュレータ、
１４…可変抵抗回路網、 １５…分圧回路、
１７…出力端子、 １８…出力バッファ、
１９、２０…電源端子、 ２１…デジタルスイッチ部、
２２…アナログスイッチ部、 ２３…ＦＥＴ、
２４、２６、２７…第１、第２および第３のインバータ、
２５…ＮＡＮＤ回路、 ２８…アナログスイッチ群、
Ａ…入力端子、

Claims (1)

1. ＩＣ化した温度補償発振器において温度補償のために入出力されるアナログ信号とデジタル信号とを切り替えるためのアナログ／デジタル入出力スイッチ回路であって、供給されるモード設定信号に従って、温度補償のための補正データを記憶するメモリにアクセスしてデジタル信号を入出力するデジタル系モードと上記ＩＣ内のアナログ部分に対しアナログ信号を入出力するアナログ系モードとに切り替わる切り替え手段を具備することを特徴とするアナログ／デジタル入出力スイッチ回路。

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