JP4545769B2 - 温度補償型発振器 - Google Patents

Description

この発明は、周囲温度の変化に係わらず出力信号の周波数を略一定に保つようにした温度補償型発振器に関し、特にその温度補償機能を無効状態にすることも可能にした温度補償型発振器に関する。

温度補償型発振器（ＴＣＸＯ）は種々の分野で使用されているが、近年携帯電話機等の携帯用移動通信機器に多用されている。この種の温度補償型発振器は一般に、１０ＭＨｚ帯のＡＴカット水晶片（振動子）を振動源として発振回路を構成し、これに何らかの周波数可変手段を用いた温度補償回路を設け、ＡＴカット水晶片の３次曲線の温度特性を打ち消すことにより発振周波数を安定化させるようにした水晶発振器が多用されている。
そして、その温度補償回路の構成により、アナログ温度補償型発振器とデジタル温度補償型発振器とに大別される。

この種の温度補償型発振器に対しては、発振出力信号の安定性とともに、小型軽量化と低価格化が求められている。
超小型の表面実装用温度補償型発振器のパッケージ構成例を図８に示す。
この温度補償型発振器は、パッケージ本体１１と溶接リング１２とカバー１３とによってパッケージ（容器）１０を構成しており、その内部に水晶片１５と、後述する発振回路および温度補償回路を構成するＭＯＳ型のＩＣ（集積回路）チップ１６と、チップ容量等の回路素子１７を取り付けて密封している。

この温度補償型発振器の回路構成は図９に示すようになっている。発振回路２０は、水晶片１５とインバータ２１と帰還抵抗２２とを並列に接続し、その両接続点をそれぞれ直流カット容量Ｃｃ，Ｃｄと発振容量である電圧制御型可変容量（コンデンサ：capacitor）２３，２４を介して接地して、インバータ発振回路を構成している。そして、インバータ２１の出力側の接続点から発振出力に基く信号を出力する出力線２５を引き出し、出力端子２６に接続している。なお、振動子として水晶片１５に代えて他の圧電素子を用いることも可能である。
さらに、この発振回路２０における水晶片１５の近傍の温度状態をサーミスタ等によって検出する温度検出回路１８と、その温度検出回路１８からの出力信号に基いて発振回路２０の出力線２５に出力される信号の周波数を一定に保つための温度補償回路３０とを設けている。

その温度補償回路３０は、温度補償を行うための補償データを記憶する補償データ記憶回路（不揮発性メモリ）３１と、その補償データと温度検出回路１８からの検出温度を示す出力信号とに基いて制御電圧を発生するＤ／Ａ変換回路３２とからなる。そして、そのＤ／Ａ変換回路３２から出力する制御電圧を、発振回路２０に設けた抵抗Ｒ１，Ｒ２を介してそれぞれ各電圧制御型可変容量２３，２４の正極側（直流カット容量Ｃｃ，Ｃｄとの各接続点）に印加し、その電圧に応じて各電圧制御型可変容量２３，２４の発振容量を変化させる。それによって、発振回路２０の発振周波数を制御して出力信号の周波数を略一定に保つようにする。

このような温度補償型発振器において、水晶片１５およびＩＣチップ１６内に形成される発振回路２０は製造上のバラツキ等によって、全てを完全に同一に作ることはできないため、それぞれ異なる温度−周波数特性を有してしまう。したがって、全ての発振回路２０を同一の基準によって温度補償することはできない。そのため、個々の発振回路毎に異なる補償データを作成して補償データ記憶回路３１に記憶させることが必要になる。しかし、水晶片１５の特性のバラツキが大きいと補償しきれなくなるので、予め水晶片１５の特性をできるだけ揃えるように調整する必要がある。

そこで、従来は次のようなステップで調整作業を行なっていた。
ステップ１：パッケージ（図８のパッケージ本体１１）内に水晶片１５等の圧電素子だけを実装する。
ステップ２：パッケージを基準温度（一般に室温：２５℃）に保ち、ネットワークアナライザなどでその圧電素子の共振周波数をモニタしながら、イオンビーム等で圧電素子表面の電極膜を除去して所望の周波数になるように調整する。
ステップ３：パッケージに発振回路および温度補償回路を構成するＩＣチップを実装する。
ステップ４：パッケージを複数の温度状態にさらし、その各温度状態で発振周波数を測定して、所望の発振周波数ｆ_０との差を測定する。
ステップ５：その測定値に基いて温度補償データを作成し、それをＩＣチップの補償データ記憶回路（不揮発性メモリ）に書き込む。

このように、従来の温度補償型発振器の調整方法では、水晶片等の圧電素子の特性を調整する際には、発振回路を構成するＩＣチップは実装せず、ネットワークアナライザなどで外部から圧電素子を共振させてその共振周波数をモニタし、その周波数が所望の値になるように圧電素子表面の電極膜を除去していた。
そのため、パッケージにＩＣチップも実装して圧電素子とともに発振回路を構成して発振動作をさせた時の発振周波数と、予め調整した共振周波数との間にずれが生じてしまうという問題があった。しかも、調整ステップも多くなり、調整コストが余分にかかっていた。

そこで、パッケージ内に圧電素子とＩＣチップを実装して発振回路を動作させ、その発振周波数をモニタして、室温での圧電素子の共振周波数の調整とその後の補償データの作成とを、実際の使用状態に近い状態で続けて行なえるようにすることが考えられるが、その場合、温度補償回路も動作してしまう。しかも、温度補償データ記憶回路には初期状態では補償データは記憶されていないが、それを記憶するためのレジスタの各ビットが全て“０”になっている場合と、全て“１”になっている場合とがあり、初期値が判らない。そのため、水晶片等の圧電素子の共振周波数を適切に調整することができず、その後の補償データの作成も適切にできないという問題がある。

この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、パッケージ内に水晶片等の圧電素子とＩＣチップなどを実装して温度補償型発振器を構成した状態で、その発振回路を動作させて圧電素子自体の温度特性を正確に調整できるようにし、且つその後の補償データの作成とそれを補償データ記憶回路に記憶させる作業も、続けて適切に行なえるようにし、温度補償型発振器の調整工程の簡素化と高精度化を図ることを目的とする。

この発明は、水晶片等の圧電素子を備えた温度変化に伴って発振周波数が変化する発振回路と、その発振出力に基いて信号を出力する出力線と、発振回路近傍の温度状態を検出する温度検出回路と、その温度検出信号に基づいて上記出力線に出力される信号の周波数を略一定値に保つための温度補償回路とを有する温度補償型発振器において、上記の目的を達成するため、温度補償回路の温度補償機能を有効状態にするか無効状態にするかを選択する選択手段と、その選択手段の選択状態を制御するための制御情報を記憶する選択情報記憶回路とを設けた。
その選択手段は、上記選択情報記憶回路からの制御情報に応じて、上記温度補償回路の温度補償機能を有効状態にする場合には、上記温度補償回路に上記発振回路の発振容量の値を上記温度検出回路によって検出される温度に依存して変化させるようにし、上記温度補償機能を無効状態にする場合には、上記発振回路の発振容量を所定の容量値に固定させるようにする。
そして、上記選択情報記憶回路は、上記制御情報として複数ビットの選択情報を記憶する不揮発性メモリからなり、その選択情報の複数ビットが初期状態とは異なる予め決められた組み合わせにおいてのみ上記温度補償回路の温度補償機能を有効状態にし、その組み合わせ以外においては上記温度補償機能を無効状態にする。

さらに、上記温度補償回路の温度補償データを記憶する補償データ記憶回路を設けるのが望ましい。その補償データ記憶回路と上記選択情報記憶回路とを一体の記憶回路（例えば、１個の不揮発性メモリ）で構成することができる。

このように構成したこの発明による温度補償型発振器は、パッケージ内に水晶片等の圧電素子とＩＣチップなどを実装して温度補償型発振器を構成した状態で、その発振回路を動作させて圧電素子自体の温度特性を正確に調整することができる。また、その後の補償データの作成とそれを補償データ記憶回路に記憶させる作業も、続けて適切に行うことができ、調整工程の簡素化と高精度化を図ることができる。

以下、この発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１はこの発明による温度補償型発振器の第１の実施形態の構成を示すブロック回路図であり、図８及び図９と同様な部分には同じ符合を付してあり、それらの説明は省略する。
この図１に示す温度補償型発振器は、図９に示した従来例と同様な出力線２５および出力端子２６を有する発振回路２０と、温度検出回路１８及び温度補償回路３０を備えている。さらに、この実施形態に特有のものとして、選択手段である選択回路４０と、その選択状態を制御するための制御情報を記憶する選択情報記憶回路（不揮発性メモリ）５０と、一定電圧Ｖｋを出力する定電圧発生回路５１とを備えている。

また、選択情報記憶回路５０とは別に、選択回路４０の選択状態を制御するための制御情報を入力する制御情報入力端子を、図８に示したパッケージ１０の外部に外部端子５２として設けている。この制御情報入力端子は、パッケージ本体１１の内部に設けてもよい。
選択回路４０は、一対のトランスミッションゲート４１，４２と、３入力のＮＡＮＤ回路４３と、２個のインバータ（ＮＯＴ回路）４４，４５によって構成されている。そして、温度補償回路３０の出力である制御電圧Ｖｃは、一方のトランスミッションゲート４１を介して発振回路２０の図９に示した抵抗Ｒ１，Ｒ２の共通接続点に印可される。定電圧発生回路５１の出力である一定電圧Ｖｋは、他方のトランスミッションゲート４２を介して、同じく発振回路２０の抵抗Ｒ１，Ｒ２の共通接続点に印加される。

選択情報記憶回路５０は制御情報として３ビットの選択情報を出力し、そのビット１とビット３の出力はそのまま３入力のＮＡＮＤ回路４３の２つの入力となり、ビット２の出力はインバータ４４によって反転されてＮＡＮＤ回路４３の残る一つの入力となる。したがって、選択情報記憶回路５０から出力される選択情報が“１０１”のときにのみ、ＮＡＮＤ回路４３の３つの入力が全て“１”になるのでその出力が“０”になる。
このＮＡＮＤ回路４３の出力は、トランスミッションゲート４１の負論理側のゲートとトランスミッションゲート４２の正論理側のゲートに直接印加され、また、トランスミッションゲート４１の正論理側のゲートと、トランスミッションゲート４２の負論理側のゲートにインバータ４５で反転されて印加される。

そのため、選択情報記憶回路５０から出力される選択情報が“１０１”のときにのみ、トランスミッションゲート４１がオンになり、トランスミッションゲート４２はオフになるので、温度補償回路３０から出力する制御電圧Ｖｃがトランスミッションゲート４１を通過して発振回路２０へ印加され、図９に示した抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して電圧制御型可変容量２３，２４に印加されるため、その発振容量の値が温度に依存して変化し、発振回路２０の発振周波数を一定に保つように温度補償される。
選択情報記憶回路５０から出力される選択情報が“１０１”以外のときには、トランスミッションゲート４２がオンになり、トランスミッションゲート４１はオフになるので、定電圧発生回路５１から出力する一定電圧Ｖｋがトランスミッションゲート４２を通過して発振回路２０へ印加され、図９に示した抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して電圧制御型可変容量２３，２４に印加されるため、その発振容量の値はその一定電圧に応じた所定の容量値に固定され、発振回路２０の発振周波数の温度補償はなされない。

したがって、選択回路４０は、選択情報記憶回路５０から出力される３ビットの選択情報に基いて、発振回路２０に対して温度補償回路３０からの制御電圧Ｖｃを供給して温度補償機能を有効にするか、または定電圧発生回路からの一定（固定）電圧Ｖｋを供給して温度補償機能を無効にするかを選択する。

この温度補償型発振器よれば、発振回路２０の水晶片の初期調整および温度補償データを作成して記憶させる調整作業は、パッケージ内に水晶片と発振回路及び温度補償回路等を構成するＩＣチップなどを実装して温度補償型発振器を完成した状態で、その発振回路２０を動作させて行なうことができる。その調整時には、選択情報記憶回路５０の選択情報を“１０１”以外にしておくことにより、温度補償機能を無効にし、発振回路２０を所定の発振容量で発振動作させる。

その調整作業のステップは次のようになる。
ステップ１：パッケージ（例えば図８に示したパッケージ本体１１）内に、発振回路２０及び図１に示した各回路を構成するＩＣチップを実装し、次いで水晶片を実装する。
ステップ２：パッケージを基準温度（一般に室温：２５℃）に保ち、その温度補償型発振器の温度補償機能を無効にして単純な発振器として動作させ、その発振周波数をネットワークアナライザなどでモニタしながら、イオンビーム等で水晶片表面の電極膜を除去して所望の発振周波数ｆ_０になるように調整する。
ステップ３：パッケージにカバーを取付け、水晶片を気密封止する。
ステップ４：パッケージを複数の温度にさらし、その各温度状態で発振周波数を測定して、所望の発振周波数ｆ_０との差を測定する。
ステップ５：その測定値に基いて温度補償データを作成し、それをＩＣチップの補償データ記憶回路（不揮発性メモリ）に書き込む。

この調整後に、選択情報記憶回路５０の選択情報を“１０１”にすれば、温度補償機能が有効になり、温度補償型発振器として正常に動作可能になり、超小型の温度補償型発振器が完成する。
したがって、発振回路を実際の使用状態と同様に発振させながら、水晶片の温度特性を温度補償回路の影響を受けずに正確に調整でき、且つその後の補償データの作成とそれを補償データ記憶回路に記憶させる作業も、続けて適切に行なうことができる。そのため、温度補償型発振器の調整工程の簡素化と高精度化を図ることができる。

ステップ２で、パッケージを基準温度（一般に室温：２５℃）に保つのは、パッケージを恒温槽に入れて調整作業を行なうとよい。
ステップ４で、パッケージを複数の温度状態にさらすのも、恒温槽の設定温度を順次変化させるか、異なる温度に設定した複数の恒温槽に順次パッケージを収納すればよい。その測定温度範囲は、この発振器の動作保証温度範囲であり、例えばマイナス４０℃〜プラス１００℃の間の適宜のポイント（例えば１１ポイント程度）とする。
水晶片の基準周波数の調整は、予め水晶片の表面に銀等の金属膜を蒸着して、共振周波数を基準周波数より低めにする膜厚（厚め）に形成しておき、その水晶片表面の電極膜にイオンガンを用いてイオンビームを照射したり、スパッタエッチングを行ったりして、電極膜の質量を僅かずつ減少させることによって行う。
なお、発振回路の振動子として、水晶片に代えて他の圧電素子を使用する場合も同様である。

ＡＴカット水晶片を振動子とする発振回路の発振周波数の温度特性はほぼ３次曲線になるため、基準温度で発振周波数が所望の周波数ｆ_０になるように調整しても、環境温度が変化すると発振周波数がずれてまう。そのため、使用保証温度範囲の下限から上限までの間で実際に温度を変化させて、その各温度状態（測定ポイント）で発振回路の実際の発振周波数すなわち出力端子２６に出力される信号の周波数を測定し、所望の発振周波数ｆ_０との差を測定する。
そして、その差を０にするための制御電圧Ｖｃを温度補償回路３０で発生させるのに必要な温度補償データを算出して、図９に示した補償データ記憶回路（不揮発性メモリ）３１に温度データに対応させて書き込む。
なお、測定ポイントは多い方が精度の高い温度補償データを作成できるが、測定時間が長くなってしまうので、適当数（例えば１１ポイント程度）の温度状態での測定結果からその発振回路の温度特性の３次曲線を推定して、各測定ポイント間の温度に対する温度補償データも補間して作成し、それを補償データ記憶回路に書き込むようにするとよい。

次に、発振回路の異なる例、特にその発振容量とその容量可変手段の異なる例を図２及び図３に示す。
図２に示す発振回路は、図９に示した発振回路２０と同様に、水晶片１５とインバータ２１と帰還抵抗２２とを並列に接続し、その両接続点をそれぞれ発振容量を介して接地して、インバータ発振回路を構成している。しかし、その発振容量として、電圧制御型可変容量に代えて、複数の固定容量の並列回路を用いている。
すなわち、コンデンサＣ１〜Ｃ５をそれぞれスイッチＳ１〜Ｓ５を介して並列に接続した第１の容量アレイ２７をインバータ２１の入力側とアースとの間に設け、コンデンサＣ６〜Ｃ１０をそれぞれスイッチＳ７〜Ｓ１０を介して並列に接続した第２の容量アレイ２８とし、インバータ２１の出力側とアースとの間に設けている。各スイッチＳ１〜Ｓ１０には、ＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子を使用するとよい。

この場合、温度補償回路には図９に示したＤ／Ａ変換回路に代えて、補償データ記憶回路３１から温度検出回路１８による温度検出データに対応する補償データを読み出して、発振回路のスイッチＳ１〜Ｓ１０のＯＮ／ＯＦＦ状態を制御する可変のスイッチ制御信号を出力する回路を設ける。
また、図１に示した定電圧発生回路５１に変えて、発振回路のスイッチＳ１〜Ｓ１０のうちの所定のスイッチ（例えば、スイッチＳ１〜Ｓ３とＳ６〜Ｓ８）をＯＮにし、他のスイッチはＯＦＦにする固定のスイッチ制御信号を発生する回路を設け、その固定のスイッチ制御信号と上述した温度補償回路が発生する可変のスイッチ制御信号のいずれかを選択手段によって選択して、発振回路のスイッチＳ１〜Ｓ１０の各制御電極に印加して、そのＯＮ／ＯＦＦを制御するようにする。

そして、初期調整時に温度補償機能を無効にする際には、選択手段によって上記固定のスイッチ制御信号を選択して発振回路に入力させ、例えばスイッチＳ１〜Ｓ３とＳ６〜Ｓ８をＯＮにして他のスイッチはＯＦＦにする。それによって、第１の容量アレイ２７の容量値はコンデンサＣ１〜Ｃ３の並列回路の容量値に固定され、第２の容量アレイ２８の容量値はコンデンサＣ６〜Ｃ８の並列回路の容量値に固定される。したがって、発振容量は温度変化に関係なく一定となる。
初期調整後、温度補償機能を有効にするときには、選択手段によって温度補償回路からの可変のスイッチ制御信号を選択して発振回路に入力させ、第１の容量アレイ２７のスイッチＳ１〜Ｓ５及び第２の容量アレイ２８のスイッチＳ６〜Ｓ１０のそれぞれ１個以上を選択的にＯＮにする。それによって、第１の容量アレイ２７及び第２の容量アレイ２８の有効なコンデンサの組み合わせ（接続状態）を変え、各容量アレイ２７，２８の容量値（発振容量）を温度変化に依存して変化させる。

例えば、前述のように第１の容量アレイ２７のスイッチＳ１〜Ｓ３と第２の容量アレイ２８のＳ６〜Ｓ８をＯＮにして、コンデンサＣ１〜Ｃ３、コンデンサＣ６〜Ｃ８がそれぞれ並列接続された状態を基準状態とすると、その状態からスイッチＳ１又はＳ２あるいはその両方をＯＦＦにし、スイッチＳ６又はＳ７あるいはその両方をＯＦＦにすると、第１の容量アレイ２７及び第２の容量アレイ２８による各容量値は減少する。また、標準状態から、スイッチＳ４又はＳ５あるいはその両方をＯＮにし、スイッチＳ９又はＳ１０あるいはその両方をＯＮにすると、第１の容量アレイ２７及び第２の容量アレイ２８による各容量値は増加する。
さらに、第１の容量アレイ２７及び第２の容量アレイ２８を構成するコンデンサの数及びその各コンデンサの容量値を適宜選定し、その接続状態を変化させることによって、発振容量をかなり細かく制御して発振周波数の温度補償を行うことができる。

図３に示す発振回路は、図９に示した発振回路２０における電圧制御型可変容量２３，２４にそれぞれ直列にスイッチＳ１１，Ｓ１２を介挿し、それらと並列にそれぞれコンデンサＣａとスイッチＳ１３の直列回路、およびコンデンサＣｂとスイッチＳ１４の直列回路を接続している。コンデンサＣａ，Ｃｂは固定容量である。Ｃｃ，Ｃｄは直流分カット容量である。
そして、初期調整時に温度補償機能を無効にする際には、選択回路によってスイッチＳ１１，Ｓ１２をＯＦＦにして、スイッチＳ１３，Ｓ１４をＯＮにすることにより発振容量はコンデンサＣａ，Ｃｂの容量値に固定される。このとき電圧制御型可変容量２３，２４は、発振容量に含まれないように切り離された状態になる。

初期調整後、温度補償機能を有効にするときには、選択回路によってスイッチＳ１１，Ｓ１２をＯＮにし、スイッチＳ１３，Ｓ１４をＯＦＦにすることにより、電圧制御可変型容量２３，２４が発振容量となり、温度補償回路からの制御電圧が抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して印加され、その各容量値が温度変化に依存して変化するため、発振周波数の温度補償を行うことができる。
なお、これらの発振回路においても、振動子として水晶片に代えて他の圧電素子を使用することもできる。

次に、この発明による温度補償型発振器の第２の実施形態を図４によって説明する。図４において、図１及び図９と同等な部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。但し、この実施形態における温度補償回路の補償データ記憶回路３１と選択情報記憶回路５０は一体の記憶回路であり、１個の不揮発性メモリ１９を兼用し、その記憶領域の殆どを補償データ記憶回路３１として使用し、一部を選択情報記憶回路５０として使用している。
この図４に示す温度補償型発振器は、発振回路２０と出力線２５との間に可変分周回路６０を設け、選択手段として、第１の選択回路４０Ａと第２の選択回路４０Ｂとを設けている。この第１，第２の選択回路４０Ａ，４０Ｂは同じ回路構成であり、第２の選択回路４０Ｂに示すように、デジタルゲート回路４７，４８
と、３入力のＡＮＤ回路４６と、２個のインバータ（ＮＯＴ回路）４４，４９によって構成されている。

選択情報記憶回路５０が出力する３ビットの選択情報のうちビット１とビット３の出力はそのまま３入力のＡＮＤ回路４６の２つの入力となり、ビット２の出力はインバータ４４によって反転されてＡＮＤ回路４６の残る一つの入力となる。したがって、選択情報記憶回路５０から出力される選択情報が“１０１”のときにのみ、ＡＮＤ回路４６の３つの入力が全て“１”になるのでその出力が“１”になる。選択情報記憶回路５０から出力される選択情報が“１０１”以外のときには、ＡＮＤ回路４６の出力は“０”になる。
このＡＮＤ回路４６の出力は、デジタルゲート回路４７の制御端子Ｃに直接印加され、また、デジタルゲート回路４８の制御端子Ｃへはインバータ４９で反転されて印加される。

そのため、この第２の選択回路４０Ｂは、選択情報記憶回路５０から出力される選択情報が“１０１”のときにのみ、デジタルゲート回路４７がオンになりデジタルゲート回路４８はオフになるので、温度補償回路３０′の補償データ出力回路３３から入力する可変の分周数データＤｃを選択して可変分周回路６０へ出力し、選択情報記憶回路５０から出力される選択情報が“１０１”以外のときには、デジタルゲート回路４８がオンになりデジタルゲート回路４７はオフになるので、ＲＯＭ５２から入力する固定の分周数データＤｋを選択して可変分周回路６０へ出力する。
第１の選択回路４０Ａもこれと全く同じ構成であり、選択するのがスイッチ制御データＳｃ，Ｓｋで、選択したスイッチ制御データの出力先が発振回路２０である点が異なるだけである。

温度補償回路３０′の補償データ出力回路３３は、温度検出回路１８によって検出される温度のデータに応じて、補償データ記憶回路３１の補償データを参照して、温度補償を行うための可変のスイッチ制御信号（デジタルデータ）Ｓｃと分周数データＤｃとを出力し、それぞれれ第１，第２の選択回路４０Ａ，４０Ｂのデジタルゲート回路４７へ入力させる。
一方、読み出し専用メモリであるＲＯＭ５２には、固定のスイッチ制御信号（デジタルデータ）Ｓｋと分周数データＤｋとが予め記憶されており、図示を省略している読み出し回路によってその各データを読み出して、それぞれ、第１，第２の選択回路４０Ａ，４０Ｂのデジタルゲート回路４８へ入力させる。

そこで、第１の選択回路４０Ａは、選択情報記憶回路５０から出力される選択情報が“１０１”のときにのみ、温度補償回路３０′の補償データ出力回路３３から入力する可変のスイッチ制御信号Ｓｃを選択して発振回路２０へ出力し、選択情報記憶回路５０から出力される選択情報が“１０１”以外のときには、ＲＯＭ５２から入力する固定のスイッチ制御信号Ｓｋを選択して発振回路２０へ出力する。
発振回路２０は、例えば図２に示したように、発振容量として多数のコンデンサをスイッチを介して並列に設けた第１，第２の容量アレイ２７，２８を用いた回路であり、その各スイッチＳ１〜Ｓ１０のＯＮ／ＯＦＦを第１の選択回路４０Ａから出力されるスイッチ制御信号（デジタルデータ）Ｓｃ又はＳｋによって制御することにより、その発振容量を制御して発振周波数を可変することができる。図２に示したスイッチＳ１〜Ｓ１０としてはＭＯＳ型アナログスイッチ等の１ビットのデジタル信号でＯＮ／ＯＦＦを制御できる電子スイッチを用いる。

可変分周回路６０としては公知の回路を使用するが、その一例を図５によって説明する。この可変分周回路６０は、リファレンスデバイダ６１、位相比較器６２、ローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ」と略称する）６３、電圧制御型発振回路（以下「ＶＣＯ」と略称する）６４、フィードバックデバイダ６５、および出力バッファ６６によって構成されている。
そして、発振回路２０からの発振出力信号をリファレンスデバイダ６１によって分周して、位相比較器６２に基準信号として入力する。一方、ＶＣＯ６４の発振信号がフィードバックデバイダ６５によって分周されて、位相比較器６２に比較信号して入力する。位相比較器６２はその二つの入力信号の位相差に応じた電圧を出力し、それがＬＰＦ６３を介してＶＣＯ６４に供給され、ＶＣＯ６４の発振周波数を制御する。そのＶＣＯの発振信号が出力バッファ６６を介して出力線２５に出力される。
リファレンスデバイダ６１とフィードバックデバイダ６５は、いずれも可変の整数値で分周できるプログラマブルデバイダである。

この可変分周回路６０の出力信号の周波数ｆｏは、発振回路２０からの発振出力信号の周波数をｆｃとすると、リファレンスデバイダ６１の分周数Ｍとフィードバックデバイダ６５の分周数Ｎとによって決り、その関係は次式で示される。
ｆｏ＝ｆｃ×Ｎ／Ｍ
リファレンスデバイダ６１は入力信号の周波数を１／Ｍに分周して出力し、フィードバックデバイダ６５は入力信号の周波数を１／Ｎに分周して出力する。
Ｎ／Ｍが分周比（この場合は逓倍数）であり、分周数ＭとＮの値によって任意に設定できる。例えば、Ｍ＝Ｎ＝１００を基準値として、分周数ＭとＮの値を図６に示すように変化させることにより、分周比（逓倍数）を１．０００から０．００５刻みで増加させたり減少させたりすることができる。
したがって、発振回路２０からの発振出力信号の周波数ｆｃが２０ＭＨｚであった場合、出力信号の周波数ｆｏを、２０ＭＨｚを基準にして０．１ＭＨｚ刻みで増減させることができる。

そこで、図４に示したＲＯＭ５２に記憶させる固定の分周数データＤｋを分周数ＭとＮによって構成してＭ＝Ｎ＝１００とし、補償データ出力回路３３から出力する可変の分周数データＤｃも分周数ＭとＮによって構成して図６に示したようにすれば、図４における第２の選択回路４０ＢがＲＯＭ５２からの固定の分周数データＤｋを選択して可変分周回路６０に入力させたときには、Ｍ＝Ｎ＝１００であるから、分周比は１．０００となり、出力信号の周波数ｆｏは、発振回路２０からの発振出力信号の周波数ｆｃと同じ（図６の例では２０ＭＨｚ）になる。
図４における第２の選択回路４０Ｂが補償データ出力回路３３から出力する可変の分周数データＤｃを選択して可変分周回路６０に入力させたときには、分周数データＤｃを構成する分周数ＭとＮの値によって、分周比を種々に変化させることができ、図６に示した例では、分周比（逓倍数）を１．０００から０．００５刻みで増加させたり減少させたりして、出力信号の周波数ｆｏを２０ＭＨｚを基準にして０．１ＭＨｚ刻みで増減させることができる。

この分周比（逓倍数）の最小可変幅（刻み幅）及び最大可変範囲は、分周数ＭとＮの選択によって任意に設定することができる。
この実施形態によっても、発振回路２０の水晶片の共振周波数を調整し、補償データを作成して補償データ記憶回路３１に記憶させるまでの初期調整時には、選択情報記憶回路５０の３ビットの選択情報が“１０１”以外の状態になっている。
したがって、第１の選択回路４０ＡはＲＯＭ５２から入力する固定のスイッチ制御信号Ｓｋを選択して発振回路２０へ出力する。また、第２の選択回路４０ＢもＲＯＭ５２から入力する固定の分周数データＤｋを選択して可変分周回路６０へ出力する。

それによって、発振回路２０はその固定のスイッチ制御信号Ｓｋによって、例えば図２に示したスイッチＳ１〜Ｓ３とＳ６〜Ｓ８だけがＯＮになって他のスイッチはＯＦＦになる。そのため、第１の容量アレイ２７の容量値はコンデンサＣ１〜Ｃ３の並列回路の容量値に固定され、第２の容量アレイ２８の容量値はコンデンサＣ６〜Ｃ８の並列回路の容量値に固定される。これが標準状態で、発振容量は温度変化に関係なく一定となり、発振出力信号の周波数ｆｃは水晶片１５の温度特性によって多少変動するが温度補償はなされない。
一方、可変分周回路６０は、固定の分周数データＤｋのＭ＝Ｎ＝１００によって、分周比が１．０００に固定され、出力線に出力する信号の周波数ｆｏは発振回路２０の発振出力信号の周波数ｆｃと同じになり、ここでも温度補償はなされない。すなわち、この時は温度補償機能は無効になり、図４に示した温度補償型発振器は単なる発振器として動作する。

調整作業が完了すると、補償データ記憶回路３１への最後の補償データの書き込み時あるいはその直後に、同じ不揮発性メモリ１９内の選択情報記憶回路５０に選択情報として“１０１”を書き込む。
それによって、選択情報記憶回路５０が出力する選択情報が“１０１”になり、第１の選択回路４０Ａは温度補償回路３０′の補償データ出力回路３３からの可変のスイッチ制御信号Ｓｃを選択して発振回路２０へ出力する。また、第２の選択回路４０Ｂも補償データ出力回路３３からの可変の分周数データＤｃを選択して可変分周回路６０へ出力する。

発振回路２０は、その可変のスイッチ制御信号Ｓｃによって、例えば図２に示した第１の容量アレイ２７のスイッチＳ１〜Ｓ５及び第２の容量アレイ２８のスイッチＳ６〜Ｓ１０のそれぞれ１個以上を選択的にＯＮにする。したがって、第１の容量アレイ２７及び第２の容量アレイ２８の有効なコンデンサの組み合わせ（接続状態）を変え、各容量アレイ２７，２８の容量値（発振容量）を温度変化に依存して変化させ、発振回路２０の発振信号の周波数ｆｃが温度によって変動するのを補償するように調整する。

また、可変分周回路６０は、入力される分周数データＤｃを構成する分周数ＭとＮの値によって分周比を変化させ、出力信号の周波数ｆｏを、ｆｃ×Ｎ／Ｍにして出力する。図６に示した例では出力信号の周波数を２０ＭＨｚを基準にして０．１ＭＨｚ刻みで増減させることができる。
このように、温度補償機能を有効にしたときには、発振回路２０における発振容量の値の調整と、可変分周回路６０における分周比（逓倍数）の調整の組み合わせによって、水晶片の温度特性に基く発振周波数の変動を補償して、常に一定周波数の出力信号を出力端子２６に出力させることができる。
この実施形態においても、発振回路２０の振動子として、水晶片に代えて他の圧電素子を使用することもできる。

次に、この発明の参考例である温度補償型発振器を図７によって説明する。図７において、図１と同等な部分には同一の符号を付してあり、それらの説明は省略する。
この図７に示す温度補償型発振器は、その選択回路４０′が図１に示した選択回路４０からＮＡＮＤ回路４３とインバータ４４を除いた回路であり、図１に示した温度補償型発振器における不揮発性メモリによる選択情報記憶回路５０に代えて、所定の導電パターン５６を用いた選択情報記憶回路５５を設けている。なお、図1における外部端子５２は設けていない。

その導電パターン５６は、例えば図８に示したパッケージ本体１１内あるいは外部の初期調整完了時に外部から操作できる部位に設けた絶縁基板上に形成される。そして、その一端を正の電源ライン５７に接続し、他端は抵抗５８を介して接地される。その導電パターン５６と抵抗５８との接続点であるＰ点の電圧レベルを２値の選択情報として選択回路４０′に出力し、それを図示のようにトランスミッションゲート４１，４２の各ゲートに直接あるいはインバータ４５によって反転して印加する。

初期状態では選択情報記憶回路５５の導電パターン５６が導通しており、Ｐ点の電圧レベルはハイ“１”であるから、選択回路４０′のトランスミッションゲート４２がＯＮになり、トランスミッションゲート４１はＯＦＦになっている。したがって、定電圧発生回路５１が出力する一定電圧Ｖｋがトランスミッションゲート４２を通して発振回路２０に供給され、発振回路２０の発振容量の値を所定容量値に固定するので、温度補償機能は無効になる。

初期調整が完了した後、選択情報記憶回路５５の導電パターン５６を切断すると、Ｐ点の電圧レベルが接地レベルすなわちロー“０”になるので、選択回路４０′のトランスミッションゲート４１がＯＮになり、トランスミッションゲート４２はＯＦＦになる。したがって、温度補償回路３０が温度検出回路１８による温度検出信号に応じて出力する制御電圧Ｖｃが、トランスミッションゲート４１を通して発振回路２０に供給され、発振回路２０の発振容量値を温度変化に依存して変化させる。それによって、環境温度が変動しても発振周波数すなわち出力線２５を通して出力端子２６に出力される信号の周波数を一定に保持するように、温度補償機能が有効に作用する。

前述した第１，第２の実施形態では、選択情報記憶回路５０の選択情報を“１０１”にすることによって温度補償機能を有効にしているが、これに限定するものではなく、どのようなデータをその選択情報として用いてもよいし、そのデータの桁数も任意である。但し、一般に選択情報記憶回路５０を構成する不揮発性メモリ等は、初期状態でのデータがすべて“１”またはすべて“０”になる確率が高いので、上述の選択情報としては“１１１”や“０００”を避けて設定した方が好ましい。

この発明は、周囲温度の変化に係わらず出力信号の周波数を略一定に保つようにした各種の温度補償型発振器（ＴＣＸＯ）に利用でき、特に携帯電話機等の携帯用移動通信機器に多用されている温度補償型発振器に適用することができる。

この発明による温度補償型発振器の第１の実施形態の構成を示すブロック回路図である。 その発振回路の異なる例を示す回路図である。 同じく発振回路のさらに異なる例を示す回路図である。 この発明による温度補償型発振器の第２の実施形態の構成を示すブロック回路図である。 図４における可変分周回路の一例を示すブロック図である。 同じくその可変分周回路による分周数Ｍ，Ｎと分周比（逓倍数）および出力周波数の関係の一例を示す図である。 この発明の参考例である温度補償型発振器の構成を示すブロック回路図である。 温度補償型発振器のパッケージの一例を示す概略断面図である。 従来の温度補償型発振器の構成例を示すブロック回路図である。

符号の説明

１０：パッケージ（容器） １１：パッケージ本体
１２：溶接リング １３：カバー １５：水晶片（振動子）
１６：ＩＣ（集積回路） １７：チップ容量等の回路素子
１８：温度検出回路 １９：不揮発性メモリ ２０：発振回路
２１：インバータ ２２：帰還抵抗 ２３，２４：電圧制御型可変容量
２５：出力線 ２６：出力端子 ２７：第１の容量アレイ
２８：第２の容量アレイ ３０，３０′：温度補償回路
３１：補償データ記憶回路 ３２：Ｄ／Ａ変換回路
３３：補償データ出力回路 ４０，４０′：選択回路（選択手段）
４０Ａ：第１の選択回路 ４０Ｂ：第２の選択回路
４１，４２：トランスミッションゲート ４７，４８：デジタルゲート回路
５０：選択情報記憶回路 ５１：定電圧発生回路
５２：外部端子（制御情報入力端子） ５５：選択情報記憶回路
５６：導電パターン ５７：正の電源ライン ５８：抵抗
６０：可変分周回路

Claims (2)

1. 水晶片等の圧電素子を備えた温度変化に伴って発振周波数が変化する発振回路と、該発振回路の発振出力に基いて信号を出力する出力線と、前記発振回路近傍の温度状態を検出する温度検出回路と、該温度検出回路からの出力に基づいて前記出力線に出力される信号の周波数を略一定値に保つための温度補償回路とを有する温度補償型発振器において、
   前記温度補償回路の温度補償機能を有効状態にするか無効状態にするかを選択する選択手段と、該選択手段の選択状態を制御するための制御情報を記憶する選択情報記憶回路とを設け、
   該選択手段は、前記選択情報記憶回路からの制御情報に応じて、前記温度補償回路の温度補償機能を有効状態にする場合には、前記温度補償回路に前記発振回路の発振容量の値を前記温度検出回路によって検出される温度に依存して変化させるようにし、前記温度補償機能を無効状態にする場合には、前記発振回路の発振容量を所定の容量値に固定させるようにし、
   前記選択情報記憶回路は、前記制御情報として複数ビットの選択情報を記憶する不揮発性メモリからなり、該選択情報の複数ビットが初期状態とは異なる予め決められた組み合わせにおいてのみ前記温度補償回路の温度補償機能を有効状態にし、該組み合わせ以外においては前記温度補償機能を無効状態にすることを特徴とする温度補償型発振器。
2. 請求項１に記載の温度補償型発振器において、
   前記温度補償回路の温度補償データを記憶する補償データ記憶回路を設け、
   前記選択情報記憶回路と前記補償データ記憶回路とが一体の記憶回路であることを特徴とする温度補償型発振器。

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