JP5776884B2 - 温度補償型発振回路、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は高精度な温度補償を維持しつつ省電力化が可能な温度補償型発振回路、及びこれを搭載した電子機器に関する。

従来、マイクロコンピューターや携帯電話機等の電子機の基準クロック源として、周囲の温度や電気素子の固有の特性に左右されず、安定した発振回路として優れた温度補償型水晶発振器（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：ＴＣＸＯ）などの水晶発振器が使用されている。

図９に特許文献１に記載の温度補償型水晶発振器を示す、図９に示すように、温度補償型水晶発振器１００は、発振回路１０２と温度補償回路１０６により構成されている。発振回路１０２は、発振源である水晶振動子１０４を包含する回路にスイッチＳｎ（ｎ：自然数）と容量Ｃｎ（ｎ：自然数）との直列回路が複数接続された構成を有し、スイッチＳｎをオンオフすることにより、発振回路１０２内の容量を変化させ発振信号の発振周波数を制御することができる。一方、温度補償回路１０６は、温度センサー１０８により得られた温度の情報に基づいて、温度変化に伴う水晶振動子１０４の発振周波数の変化を抑えるように周波数を制御する補正値を選択し、補正値に応じたスイッチ制御用の信号を発振回路１０２に出力している。そして発振回路１０２では、入力されたスイッチ制御用の信号によってスイッチＳ１、・・・、Ｓｎを個別にオンオフすることになる。

特許文献２に記載の温度補償型水晶発振器においては、特許文献１と同様に発振回路と温度補償回路により構成されているが、発振回路には印加される電圧に応じて容量が変化するバラクタダイオードが設けられ、温度補償回路は水晶振動子の温度変化に伴う周波数変化を抑えるようにバラクタダイオードの容量値を制御して周波数を可変させる制御信号を出力する。これにより発振回路は制御信号に対応する電圧をバラクタダイオードに印加している。

よって、特許文献１または２の温度補償型水晶発振器においては、発振回路内の容量による周波数変化（特許文献１においてはその近似値）が、水晶振動子の発振周波数の偏差の温度特性とは極性が反対の温度特性を有することになる。
したがって、特許文献１または２の温度補償型水晶発振器は、水晶振動子の発振周波数の温度特性の変化を発振回路内の容量変化に伴う周波数変化により抑えて温度依存性の小さい温度特性となる発振信号を出力することができ、同様の技術は特許文献３にも開示されている。

特開２００３−２５８５５１号公報 特開昭６２−３８６０５号公報 特開２００７−２０８５８４号公報

しかし、特許文献１の温度補償型水晶発振器１００においては、容量の変化が離散的であり、容量の変化に伴い周波数が急激に変化する問題や、温度補償の精度を高めるためにはＣｎの個数を増やす必要がありコストがかかるといった問題がある。
また特許文献２の温度補償型水晶発振器においては、発振信号の周波数が基準周波数を中心とした一定の許容範囲から外れた場合に温度補償回路を駆動させる構成となっている。しかし、水晶発振器の周波数はデジタルデータによって制御されるので温度補償再開時における補償すべき値とデジタルデータによる補償値との間に差が存在するなどの原因により特許文献１の場合と同様に周波数が急激に変化する問題がある。また、より高精度な温度補償を行なうためには許容範囲を設定せずに常時温度補償回路を駆動させる必要があるが、この場合、温度補償回路の消費電力が大きくなるといった問題がある。

そこで本発明は、上記問題点に着目し、高精度な温度補償を維持しつつ省電力化が可能な温度補償型発振回路、及びこれを搭載した電子機器を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態、または適用例として実現することが可能である。
第１の形態に係る温度補償型発振回路は、測定された温度に基づいた温度補償電圧を出力する温度補償回路と、前記温度補償電圧に基づいて発振周波数の温度補償がされる電圧制御発振回路と、を有する温度補償型発振回路において、前記温度補償回路への電力の供給を切替制御するスイッチ回路と、前記スイッチ回路を介し前記電力が供給されているときに、前記温度補償回路から出力された前記温度補償電圧を保持するとともに前記温度補償電圧を前記電圧制御発振回路に出力するオンの状態と、前記スイッチ回路にて前記電力の供給が絶たれているときに前記保持された前記温度補償電圧を前記電圧制御発振回路に出力するオフの状態と、に切替制御されるサンプルホールド回路と、前記スイッチ回路の前記切替制御及び前記サンプルホールド回路の切替制御をするための切替信号を出力する出力回路と、を備え、前記出力回路は、前記切替信号の発振源回路としてＬＣ発振回路を有することを特徴とする。
第２の形態に係る温度補償型発振回路は、測定された温度に基づいた温度補償電圧を出力する温度補償回路と、前記温度補償電圧に基づいて発振周波数の温度補償がされる電圧制御発振回路と、を有する温度補償型発振回路において、前記温度補償回路への電力の供給を切替制御するスイッチ回路と、前記スイッチ回路を介し前記電力が供給されているときに、前記温度補償回路から出力された前記温度補償電圧を保持するとともに前記温度補償電圧を前記電圧制御発振回路に出力するオンの状態と、前記スイッチ回路にて前記電力の供給が絶たれているときに前記保持された前記温度補償電圧を前記電圧制御発振回路に出力するオフの状態と、に切替制御されるサンプルホールド回路と、前記スイッチ回路の前記切替制御及び前記サンプルホールド回路の切替制御をするための切替信号を出力する出力回路と、を備え、前記出力回路から出力される前記切替信号の発振源回路が前記電圧制御発振回路であることを特徴とする。
第３の形態に係る温度補償型発振回路は、第１の形態または第２の形態に係る温度補償型発振回路において、前記出力回路は、前記発振源回路からの発振信号を積分する積分回路と、当該積分された信号の電圧と閾値電圧とを比較するとともに、その大小関係を表す信号を前記切替信号として前記スイッチ回路側及び前記サンプルホールド回路側に出力するコンパレータと、を有することを特徴とする。
第４の形態に係る温度補償型発振回路は、第３の形態に係る温度補償型発振回路において、前記出力回路は、前記閾値電圧を制御する電圧制御手段を有することを特徴とする。
第５の形態に係る温度補償型発振回路は、第３の形態または第４の形態に係る温度補償型発振回路において、前記出力回路は、前記コンパレータの出力信号が入力され、当該コンパレータの出力信号の電圧変化を遅延させた遅延信号を出力する遅延回路と、前記切替信号と前記遅延信号とのＯＲ解となる信号を前記切替信号として前記スイッチ回路に出力するＯＲ回路と、前記コンパレータの出力信号と前記遅延信号とのＡＮＤ解となる信号を前記切替信号として前記サンプルホールド回路に出力するＡＮＤ回路と、を有することを特徴とする。
第６の形態に係る温度補償型発振回路は、第１の形態乃至第５の形態のいずれか１の形態に係る温度補償型発振回路において、前記温度補償回路と前記サンプルホールド回路との間、または、前記サンプルホールド回路と前記電圧制御発振回路との少なくとも一方の間にはローパスフィルターが配置されたことを特徴とする。
本形態に係る電子機器は、第１の形態乃至第６の形態のいずれか１の形態に係る温度補償型発振回路を搭載したことを特徴とする。

［適用例１］測定された温度に基づいた温度補償電圧を出力する温度補償回路と、前記温度補償電圧に基づいて発振周波数の温度補償を行う電圧制御発振回路と、を有する温度補償型発振器において、前記温度補償回路への電力の供給をオンオフ制御可能なスイッチ回路と、前記スイッチ回路を介し前記電力が供給されているときに、前記温度補償回路と接続し前記温度補償回路から出力された前記温度補償電圧を保持しつつ前記温度補償電圧を前記電圧制御発振回路に出力するオンの状態と、前記スイッチ回路にて前記電力の供給が絶たれているときに前記温度補償回路との接続を遮断しつつ保持された前記温度補償電圧を前記電圧制御発振回路に出力するオフの状態と、に切替制御可能なサンプルホールド回路と、を備えたことを特徴とする温度補償型発振器。
上記構成により、温度補償回路を駆動させるととともにサンプルホールド回路が温度補償回路から出力される温度補償電圧を保持しつつ温度補償電圧を電圧制御発振回路に出力する状態と、温度補償回路の駆動を停止させるとともにサンプルホールド回路に既に保持された温度補償電圧を電圧制御発振回路に出力する状態に切り替えることができる。したがって、電力消費を抑制した温度補償型発振器となる。

［適用例２］前記スイッチ回路のオンの状態とオフの状態との切替制御及び前記サンプルホールド回路の前記切替制御をするためのオンオフ信号を出力する出力回路を備えたことを特徴とする適用例１に記載の温度補償型発振器。
上記構成により、温度補償回路のオンオフ制御とサンプルホールド回路の切替制御を同期させることができる。

［適用例３］前記出力回路は、前記オンオフ信号の発振源回路としてＬＣ発振回路を有することを特徴とする適用例２に記載の温度補償型発振器。
上記構成により、温度補償回路のオンオフ制御とサンプルホールド回路の切替制御を所定の周期で同期させて行なうことができる。

［適用例４］前記出力回路の前記オンオフ信号の発振源回路が前記電圧制御発振回路であることを特徴とする適用例２に記載の温度補償型発振器。
上記構成により、新たな発振回路を設けることなく、温度補償回路のオンオフ制御とサンプルホールド回路の切替制御を所定の周期で同期させて行なうことができる。

［適用例５］前記出力回路は、前記発振源回路からの発振信号を積分する積分回路と、当該積分された信号の電圧と閾値電圧との大小関係を示す信号を前記オンオフ信号として前記スイッチ回路側及び前記サンプルホールド回路側に出力するコンパレータと、を有することを特徴とする適用例３または４に記載の温度補償型発振器。
上記構成により、温度補償回路のオン状態の継続時間とオフ状態の電圧の継続時間を変更することができる。特にオン信号の継続時間が短くなるように閾値電圧を調整することにより、温度補償回路の消費電力を大幅に削減することができる。

［適用例６］前記出力回路は、前記閾値電圧を制御する電圧制御手段を有することを特徴とする適用例５に記載の温度補償型発振器。
上記構成により、温度補償回路の特性等に応じてオン状態となる継続時間を任意に調整することができる。

［適用例７］前記出力回路は、前記コンパレータの出力信号が入力され、当該コンパレータの出力信号の電圧変化を遅延させた遅延信号を出力する遅延回路と、前記オンオフ信号と前記遅延信号とのＯＲ解となる信号を前記オンオフ信号として前記スイッチ回路に出力するＯＲ回路と、前記コンパレータの出力信号と前記遅延信号とのＡＮＤ解となる信号を前記オンオフ信号として前記サンプルホールド回路に出力するＡＮＤ回路と、を有することを特徴とする適用例５または６に記載の温度補償型発振器。
上記構成により、サンプルホールド回路の駆動の立ち上がりは、温度補償回路の駆動の立ち上がりより遅くなり、サンプルホールド回路の駆動の立ち下がりは、温度補償回路の駆動の立ち下がりより早くなる。よって温度補償回路はサンプルホールド回路が立ち上がるまでの間に温度補償電圧の出力を安定させることができ、温度補償回路が立ち下がる前にサンプルホールド回路が立ち下がるので温度補償電圧から出力される温度補償電圧の保持を確実に行うことができる。

［適用例８］前記温度補償回路と前記サンプルホールド回路との間、または、前記サンプルホールド回路と前記電圧制御発振回路との少なくとも一方の間にはローパスフィルターが配置されたことを特徴とする適用例１乃至７のいずれか１項に記載の温度補償型発振器。
温度補償回路をオン状態にした直後は、サンプルホールド回路は、保持された温度補償電圧から新たに温度補償回路から入力された温度補償電圧に切り替えることになる。よって、この切り替え時に温度補償電圧が時間方向で不連続となり、電圧制御発振回路に悪影響を及ぼす虞がある。そこで、上記構成とすることにより、新たに入力される温度補償電圧の時間変化をなだらかにして、電圧制御発振回路への負担を軽減することができる。

［適用例９］適用例１乃至８のいずれか１例に記載の温度補償型発振器を搭載したことを特徴とする電子機器。
上記構成により、高精度な温度補償を維持しつつ省電力化が可能な電子機器となる。

第１実施形態に係る温度補償型発振器の全体ブロック図である。 第１実施形態に係る電圧制御発振回路の回路図である。 第１実施形態に係るサンプルホールド回路の回路図である。 第１実施形態に係る出力回路のブロック図である。 第１実施形態に係るＤｕｔｙ比調整回路の回路図とタイムチャートを示す図である。 第１実施形態に係る分岐回路の回路図とタイムチャートを示す図である。 第２実施形態に係る温度補償型発振器のブロック図を示し、図７（ａ）は、温度補償回路とサンプルホールド回路の間にローパスフィルターを配置した図、図７（ｂ）はサンプルホールド回路と電圧制御発振回路との間にローパスフィルターを配置した図である。 第１実施形態の温度補償型発振器と第２実施形態に係る温度補償型発振器の温度補償電圧の時間依存を示す図である。 特許文献１に記載の温度補償型発振器のブロック図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

図１に第１実施形態の温度補償型発振器の全体ブロック図を示す。第１実施形態の温度補償型発振器１０は、温度センサー２０、温度補償回路２２、サンプルホールド回路２８、電圧制御発振回路１２、バッファー１８の順に直列に接続した構成を有し、これらの構成要素と後述する出力回路３６に一定の電圧（電力）を供給するレギュレーター（定電圧出力回路）２６を有している。さらに、レギュレーター２６と温度補償回路２２との間にはスイッチ回路２４が接続されている。さらに、スイッチ回路２４に第１のオンオフ信号（ＳＷ１）を出力し、且つサンプルホールド回路２８に第２のオンオフ信号（ＳＷ２）を出力する出力回路３６を備えている。なお、オンオフ信号（切替信号）とは、後述のとおり、スイッチ回路２４の入出力間のオンとオフの切替、サンプルホールド回路２８の入出力間のオンとオフとの切替を、それぞれ連続的に繰り返し行なうための切替制御信号である。

図２に第１実施形態に係る電圧制御発振回路１２の回路図を示す。電圧制御発振回路１２は、例えばコルピッツ型の発振回路であって、圧電振動子１４を発振源とするものである。圧電振動子１４は例えば水晶により形成された厚みすべり振動子や音叉型振動子を用いることができる。そして圧電振動子１４に交流電圧を印加することにより所定の共振周波数で発振信号を出力することができる。

また電圧制御発振回路１２には可変容量となるバラクタダイオード１６が組み込まれている。電圧制御発振回路１２は、バラクタダイオード１６に印加する電圧（温度補償電圧）を変化させることにより、バラクタダイオード１６の容量が変化し、この容量変化により発振信号の発振周波数が変化する。なお、バッファー１８は、入力インピーダンスが極めて大きな回路であり、電圧制御発振回路１２から出力される発振信号の電圧のみを接続先の機器側に伝達することができる。これにより電圧制御発振回路１２は接続先の機器の影響を受けることなく発振信号を出力することができる。

圧電振動子１４の共振周波数が温度変化により変化するため、発振信号の発振周波数は、圧電振動子１４の共振周波数の温度特性を反映して、温度変化により変化し得る。このため、バラクタダイオード１６には、この圧電振動子１４の温度特性を相殺する（圧電振動子１４の温度特性の影響により生じる発振周波数の変動幅を小さく抑える）ための温度補償電圧が印加されるので、発振信号の発振周波数は温度変化に対して圧電振動子１４の温度特性よりも周波数偏差幅が小さく補償された温度特性温度特性になる。

図１に示すように、温度センサー２０は、測定される温度に対応する電圧を温度補償回路２２に出力するものであり、ダイオード等により形成されている。温度センサー２０をダイオードにより形成する場合は、ダイオードに順方向電流を流し、温度によって変化する電圧降下の量を温度補償回路２２に出力する。

温度補償回路２２は、温度センサー２０から温度の情報としての電圧が入力され、その電圧に対応した温度補償電圧をサンプルホールド回路２８に出力するものである。本実施形態の圧電振動子１４が音叉型振動子であれば、その共振周波数の温度特性は二次関数的な曲線で描かれ、厚みすべり振動子であれば三次関数的な曲線で描かれる。よって温度補償回路２２には、圧電振動子１４の共振周波数の温度特性を近似するための、例えば、０次、１次、２次、３次等の温度係数の情報が予め入力されている。よって温度の情報を変数とし、温度補償回路２２は、これらの温度係数を係数とするべき級数を算出することにより、測定された温度における圧電振動子１４の共振周波数の情報を基にして温度補償電圧を算出してサンプルホールド回路２８に出力する。

スイッチ回路２４は、レギュレーター２６と温度補償回路２２との間に接続され、温度補償回路２２がレギュレーター２６から受ける電力のオンオフ制御を行なうものである。スイッチ回路２４は、出力回路３６から第１のオンオフ信号（ＳＷ１）が入力されて温度補償回路２２のオンオフ制御を行なうが、第１のオンオフ信号（ＳＷ１）の電圧がＨ（基準値よりも高電圧）のときはオンの状態（導通状態）となり、Ｌ（基準値よりも低電圧）のときはオフの状態（非導通状態）となる。

図３に第１実施形態に係るサンプルホールド回路の回路図を示す。サンプルホールド回路２８は、温度補償回路２２から出力された温度補償電圧を保持しつつ温度補償電圧を電圧制御発振回路１２に出力する状態（直接出力状態）と、温度補償回路２２との接続を遮断しつつ保持された温度補償電圧を電圧制御発振回路１２に出力する状態（サンプルホールド（Ｓ／Ｈ）出力状態）と、に切替制御するものである。

サンプルホールド回路２８は、スイッチ３０、キャパシタ３２、バッファー３４から構成され、スイッチ３０の出力側にバッファー３４の入力端が接続され、バッファー３４の入力端と接地との間にキャパシタ３２が接続されている。スイッチ３０は、出力回路３６から供給される第２のオンオフ信号（ＳＷ２）により切替制御される。具体的には、スイッチ３０は、第２のオンオフ信号（ＳＷ２）の電圧がＨ（基準値より高電圧）のときはスイッチ３０をオンの状態（導通状態）とし、Ｌ（基準値より低電圧）のときはオフの状態（非導通状態）となる。よってサンプルホールド回路２８は、スイッチ３０がオンの状態のときは直接出力状態となり、スイッチ３０がオフの状態のときはサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）出力状態となる。

図４に、第１実施形態に係る出力回路のブロック図を示す。出力回路３６は、第１のオンオフ信号（ＳＷ１）、第２のオンオフ信号（ＳＷ２）を生成するものであり、分周器３８、Ｄｕｔｙ比調整回路４０、分岐回路５２の順に直列に接続されたものである。分周器３８は、電圧制御発振回路１２から出力される発振信号を分周して矩形波（オンオフ信号）を出力する発振源となっている。したがって分周器３８から出力される矩形波の周期が本実施形態の温度補償型発振器１０の温度補償の周期となる。なお、この分周器３８から出力される矩形波の電圧Ｈ（オン信号）の継続時間と電圧Ｌ（オフ信号）の継続時間との割合は、例えば１対１程度であるものとする。

図５に、第１実施形態に係るＤｕｔｙ比調整回路の回路図とタイムチャートを示す。Ｄｕｔｙ比調整回路４０は、分周器３８から出力された矩形波（オンオフ信号）のＤｕｔｙ比を調整するものであり、積分回路４２、コンパレータ４４、電圧制御手段を有する。積分回路４２は、矩形波（オンオフ信号）を積分して三角波（出力Ｖ_１）を出力するものである。ここで、矩形波（オンオフ信号）は、電圧Ｈのときはプラスの電圧を有し、電圧Ｌのときはマイナスの電圧を有するように分周器３８で調整されているものとする。よって矩形波が電圧ＨとなるとＶ_１は時間経過とともに一次関数的に増加し、電圧がＬとなるとＶ_１は時間経過とともに一次関数的に減少し、この振る舞いを繰り返すことにより三角波Ｖ_１が生成される。

コンパレータ４４は、閾値電圧Ｖ_ｔｈと出力Ｖ_１との大小関係を表す信号（電圧Ｈ、電圧Ｌ）をオンオフ信号（Ｖ_２）として出力するものである。コンパレータ４４は、Ｖ_１がＶ_ｔｈより高い電圧の場合は電圧Ｈを出力し、Ｖ_１がＶ_ｔｈより低い電圧の場合には電圧Ｌを出力する。

電圧制御手段は、閾値電圧Ｖ_ｔｈを制御するものであり、例えばＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４８と制御電源５０により構成されている。

制御電源５０は、閾値電圧Ｖ_ｔｈをゼロからＶ_１の最大値となる範囲で閾値電圧Ｖ_ｔｈを複数の離散的な電圧値で設定しており、各電圧値はＰＲＯＭ４８に記憶するデータと対応づけられている。よって、制御電源５０はＰＲＯＭ４８から読み出されたデータに対応する電圧値となる閾値電圧Ｖ_ｔｈをコンパレータ４４に出力することができる。よって電圧制御手段は、ＰＲＯＭ４８に記憶するデータを変更することにより、閾値電圧Ｖ_ｔｈを調整することができる。

よってＶ_１とＶ_ｔｈとの大小関係を示す信号を時間経過とともに出力するコンパレータ４４において、Ｖ_ｔｈを高くするほど、オンオフ信号（Ｖ_２）の電圧Ｈを出力する時間は短くなる一方、電圧Ｌを出力する時間は長くなる。逆にＶ_ｔｈを低くするほど、オンオフ信号（Ｖ_２）の電圧Ｈを出力する時間は長くなり、電圧Ｌを出力する時間は短くなる。

よってＤｕｔｙ比調整回路４０から出力されるオンオフ信号（Ｖ_２）は、もとの矩形波と周期は同一であるが、位相が反転し、Ｄｕｔｙ比（電圧Ｈの時間／（電圧Ｈの時間＋電圧Ｌの時間））が変化する。よって、Ｖ_ｔｈを高く設定することにより、オンオフ信号（Ｖ_２）のＤｕｔｙ比を低くすることができ、Ｖ_ｔｈを低く設定することにより、オンオフ信号（Ｖ_２）のＤｕｔｙ比を高くすることができる。

したがって、閾値電圧Ｖ_ｔｈを調整することによりオンオフ信号（Ｖ_２）の電圧Ｈの時間を調整し、その時間を温度補償回路２２が温度補償電圧を算出するのに必要な時間と一致させることにより、温度補償回路２２における消費電力を削減することができる。

なお、本実施形態においては、出力回路３６を構成する分周器３８のかわりにハートレー型やコルピッツ型のＬＣ発振回路（不図示）をオンオフ信号の発振源回路として用いることができる。これにより電圧制御発振回路１２の発振信号とは独立にオンオフ信号を生成することができる。

本実施形態の温度補償型発振器１０においては、全体で約１ｍＡの電流を消費する。このうち、温度補償回路２２で全体の１／３消費し、電圧制御発振回路１２で１／３消費し、バッファー１８で１／３消費する。例えば、１ｍｓ間隔で温度補償回路２２をオンオフした場合、温度補償回路２２の電流（電力消費）は半分となり、（１／３）×（１−（１／２））と計算して、約１７％の電力消費を削減することができる。また温度補償回路２２のオンオフのＤｕｔｙ比をオン２０％、オフ８０％とすると、（１／３）×（１−２０％／（２０％＋８０％））と計算して、約２７％の電力消費の削減をすることができる。なお、出力回路３６において上述のＬＣ発振回路を用いた場合は、消費電力は増えるが、使用する電流は数十μＡ程度であるので、温度補償型発振器１０の全体の消費電力に影響を及ぼすことはない。

ところで、本実施形態の温度補償型発振器１０において、温度補償回路２２は、スイッチ回路２４を介して電力が投入されてから温度補償電圧を安定的に出力するまでは一定時間を要する。このため、温度補償電圧が不安定な状態で、サンプルホールド回路２８内のスイッチ３０が接続されてしまうと、不安定な温度補償電圧が電圧制御発振回路１２に出力され、発振信号が不安定になる虞がある。

またサンプルホールド回路２８内のスイッチ３０が接続した状態で温度補償回路２２からの温度補償電圧の出力が停止すると、サンプルホールド回路２８内のキャパシタ３２が放電してしまうため、正確な温度補償電圧を保持することが困難となる。よって、本実施形態においては、温度補償回路２２が立ち上がって一定時間が経過したのちサンプルホールド回路２８のスイッチ３０が接続し、サンプルホールド回路２８内のスイッチ３０が切られてから温度補償回路２２への電力を停止することが望ましい。

そこで、本実施系形態においては、上述の順番による接続及び接続の解除ができるように、以下に説明する分岐回路５２を用いて、スイッチ回路２４に出力する第１のオンオフ信号（ＳＷ１）、サンプルホールド回路２８に出力する第２のオンオフ信号（ＳＷ２）に時間差を与えている。

すなわち、第１のオンオフ信号（ＳＷ１）のオン信号が発生するタイミングと第２のオンオフ信号（ＳＷ２）のオン信号が発生するタイミングとの間に時間差を与え、また第１のオンオフ信号（ＳＷ１）のオフ信号が発生するタイミングと第２のオンオフ信号（ＳＷ２）のオフ信号が発生するタイミングとの間に時間差を与えている。

図６に、第１実施形態に係る分岐回路の回路図とタイムチャートを示す。図６に示すように、分岐回路５２は、遅延回路５４、ＯＲ回路６４、ＡＮＤ回路６６により構成される。遅延回路５４は、抵抗５６（Ｒ）とキャパシタ５８（Ｃ）によるローパスフィルターの入力側及び出力側にインバータ回路としてバッファー６０、６２を接続したものである。ここで、コンパレータ４４から出力されるオンオフ信号（Ｖ_２）が電圧Ｌのときはバッファー６０の出力は電圧Ｈでキャパシタ５８は充電され、バッファー６２の出力、すなわち遅延信号（Ｖｄ）は電圧Ｌとなる。またＶ_２が電圧Ｈのときはバッファー６０の出力は電圧Ｌとなりキャパシタ５８は放電され、バッファー６２の出力、すなわち遅延信号（Ｖｄ）は電圧Ｈとなる。

次にＶ_２が電圧Ｌから電圧Ｈに立ち上がるときは、キャパシタ５８はキャパシタ５８の容量に対応した時定数に基づいて放電し、キャパシタ５８に印加される電圧は時間経過とともに低電圧（ゼロ）に収束する。これにより遅延信号（Ｖｄ）は電圧Ｌから所定時間遅れる形で電圧Ｈに収束する。またＶ_２が電圧Ｈから電圧Ｌに立ち下がるときは、キャパシタ５８は前記時定数に基づいて充電し、キャパシタ５８に印加される電圧は所定電圧に収束する。これにより遅延信号（Ｖｄ）は電圧Ｈから所定時間遅れる形で電圧Ｌに収束する。

ＯＲ回路６４は、オンオフ信号（Ｖ_２）と遅延信号（Ｖｄ）とのＯＲ解となる信号を第１のオンオフ信号（ＳＷ１）としてスイッチ回路２４に出力するものである。ＯＲ回路６４はオンオフ信号（Ｖ_２）の電圧Ｌを電圧Ｌとして認識し、オンオフ信号（Ｖ_２）の電圧Ｈを電圧Ｈとして認識するものとする。一方、ＯＲ回路６４は、遅延信号（Ｖｄ）の電圧が、遅延信号（Ｖｄ）の電圧Ｈと電圧Ｌとの間の電圧Ｖｍ、例えば（電圧Ｈ＋電圧Ｌ）／２となる電圧Ｖｍを上回った場合には遅延信号（Ｖｄ）を電圧Ｈとして認識し、Ｖｍを下回ったときには遅延信号（Ｖｄ）を電圧Ｌとして認識するように調整されている。

ＯＲ回路６４は、オンオフ信号（Ｖ_２）及び遅延信号（Ｖｄ）のいずれか一方を電圧Ｈと認識した場合に、電圧Ｈとなる第１のオンオフ信号（ＳＷ１）を出力する。よって、よってオンオフ信号（Ｖ_２）が電圧Ｌから電圧Ｈに立ち上がった場合には、ＯＲ回路６４はオンオフ信号（Ｖ_２）が電圧Ｈに立ち上がったと同時に、オンオフ信号（Ｖ_２）を電圧Ｈとして認識するため、電圧Ｈとなる第１のオンオフ信号（ＳＷ１）を出力することができる。

一方、オンオフ信号（Ｖ_２）が電圧Ｈから電圧Ｌに立ち下がった場合には、ＯＲ回路６４は、オンオフ信号（Ｖ_２）が電圧Ｌに立ち下がったと同時に、オンオフ信号（Ｖ_２）を電圧Ｌとして認識する。しかし、ＯＲ回路６４は、遅延信号（Ｖｄ）の電圧がＶｍ以下となるまでは、遅延信号（Ｖｄ）を電圧Ｈとして認識するため、引き続き電圧Ｈとなる第１のオンオフ信号（ＳＷ１）を出力する。そして、ＯＲ回路６４は、遅延信号（Ｖｄ）の電圧がＶｍ以下となったのちに、遅延信号（Ｖｄ）を電圧Ｌとして認識し、電圧Ｌとなる第１のオンオフ信号（ＳＷ１）を出力することができる。

ＡＮＤ回路６６は、オンオフ信号（Ｖ_２）と遅延信号（Ｖｄ）とのＡＮＤ解となる信号を第２のオンオフ信号（ＳＷ２）としてサンプルホールド回路２８に出力するものである。ＡＮＤ回路６６はオンオフ信号（Ｖ_２）の電圧Ｌを電圧Ｌとして認識し、オンオフ信号（Ｖ_２）の電圧Ｈを電圧Ｈとして認識するものとする。一方、ＡＮＤ回路６６は、遅延信号（Ｖｄ）の電圧が、遅延信号（Ｖｄ）の電圧Ｈと電圧Ｌとの間の電圧Ｖｍ、例えば（電圧Ｈ＋電圧Ｌ）／２となる電圧Ｖｍを上回った場合には、遅延信号（Ｖｄ）を電圧Ｈとして認識し、Ｖｍを下回ったときには遅延信号（Ｖｄ）を電圧Ｌとして認識するように調整されている。

ＡＮＤ回路６６は、オンオフ信号（Ｖ_２）及び遅延信号（Ｖｄ）のいずれもが電圧Ｈであると認識した場合に、電圧Ｈとなる第２のオンオフ信号（ＳＷ２）を出力する。よって、オンオフ信号（Ｖ_２）が電圧Ｌから電圧Ｈに立ち上がった場合には、ＡＮＤ回路６６は、オンオフ信号（Ｖ_２）が電圧Ｈに立ち上がったと同時に、オンオフ信号（Ｖ_２）を電圧Ｈとして認識する。しかし、ＡＮＤ回路６６は、遅延信号（Ｖｄ）の電圧がＶｍ以上となるまでは、遅延信号（Ｖｄ）を電圧Ｌとして認識するため、電圧Ｌとなる第２のオンオフ信号（ＳＷ２）を出力する。そして、ＡＮＤ回路６６は、遅延信号（Ｖｄ）の電圧がＶｍ以上となったのちに、遅延信号（Ｖｄ）を電圧Ｈとして認識し、電圧Ｈとなる第２のオンオフ信号（ＳＷ２）を出力することができる。

一方、オンオフ信号（Ｖ_２）が電圧Ｈから電圧Ｌに立ち下がった場合には、ＡＮＤ回路６６は、オンオフ信号（Ｖ_２）が電圧Ｌに立ち下がったと同時に、オンオフ信号（Ｖ_２）を電圧Ｌとして認識するため、遅延信号（Ｖｄ）の電圧に係らず、電圧Ｌとなる第２のオンオフ信号（ＳＷ２）を出力する。

以上のような制御を行なうことにより、出力回路３６から出力される第１のオンオフ信号（ＳＷ１）、第２のオンオフ信号（ＳＷ２）においては、第１のオンオフ信号（ＳＷ１）は、第２のオンオフ信号（ＳＷ２）より先に立ち上がり、第２のオンオフ信号（ＳＷ２）より後に立ち下がることになる。なお、Ｖｍの値、キャパシタ５８の容量を変更することにより、第１のオンオフ信号（ＳＷ１）と第２のオンオフ信号（ＳＷ２）の立ち上がり、立下りの時間差を調整することができる。

したがって、第１のオンオフ信号（ＳＷ１）により制御されるスイッチ回路２４、即ちスイッチ回路２４によりオンオフ制御される温度補償回路２２は、第２のオンオフ信号（ＳＷ２）により制御されるサンプルホールド回路２８が直接出力状態となる時間より一定時間前にオンの状態にすることができる。そして温度補償回路２２は、サンプルホールド回路２８がサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）出力状態になってからオフの状態にすることができる。そして、本実施形態において、ＳＷ１、ＳＷ２は、同一の発振源（分周器３８、またはＬＣ発振器）により生成されているため、ＳＷ１の電圧Ｈと電圧Ｌの切り替わりの周期と、ＳＷ２の電圧Ｈと電圧Ｌの切り替わりの周期は一致する。したがって温度補償回路２２のオンオフ制御に連動してサンプルホールド回路２８の切替制御が行なわれることになる。

図７に第２実施形態に係る温度補償型発振器のブロック図を示し、図７（ａ）は、温度補償回路とサンプルホールド回路の間にローパスフィルターを配置した図、図７（ｂ）はサンプルホールド回路と電圧制御発振回路との間にローパスフィルターを配置した図を示す。

第２実施形態の温度補償型発振器７０は、基本的には、第１実施形態と共通するが、温度補償回路２２とサンプルホールド回路２８の間、またはサンプルホールド回路２８と電圧制御発振回路１２との少なくとも一方の間にローパスフィルター７２を接続している点で相違する。ローパスフィルター７２は、例えば、上述の遅延回路５４中の抵抗５６とキャパシタ５８からなる回路と同様のものを用いることができる。ローパスフィルター７２は、図７（ａ）、図７（ｂ）のどちらの形態も適用できるが、図７（ｂ）のように、サンプルホールド回路２８の後段に接続することにより、サンプルホールド回路２８の切替制御の際に発生する電気的ノイズを低減することができる。

図８に第１実施形態の温度補償型発振器と第２実施形態に係る温度補償型発振器の温度補償電圧の時間依存を示す。図８においては、温度補償型発振器１０、７０の周囲の温度が時間経過とともに単調増加することにより、温度補償電圧が時間経過とともに単調増加している場合を考える。第１実施形態において、温度補償回路２２をオン状態にした直後は、サンプルホールド回路２８は、保持された温度補償電圧から新たに温度補償回路２２から入力された温度補償電圧に切り替えることになる。よって、この切り替え時に温度補償電圧が時間方向で不連続となり、電圧制御発振回路１２に悪影響を及ぼす虞がある。そこで、第２実施形態の温度補償型発振器７０のようにローパスフィルター７２を配置することにより、新たに入力される温度補償電圧の時間変化をなだらかにして、電圧制御発振回路１２への負担を軽減することができる。なおサンプルホールド回路２８がサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）出力状態のときに温度補償電圧が低下するのは、サンプルホールド回路２８内のキャパシタ３２が電荷を放電するためである。

なお、いずれの実施形態においても、温度補償回路２２の立ち上がり時から安定するまでの時間が極めて短く、またサンプルホールド回路２８のキャパシタ３２の容量が十分に大きい場合は、上述の分岐回路５２は不要である。また電圧制御発振回路１２の共振周波数と同一の周波数で温度補償を行なう場合には分周器３８は不要であり、オンオフ信号のＤｕｔｙ比を調整する必要がないのであればＤｕｔｙ比調整回路４０も不要である。さらにいずれの実施形態においても、ＧＰＳ受信器や携帯電話等に搭載することが可能であり、高精度な温度補償を維持しつつ省電力化が可能な電子機器を構築することができる。

１０………温度補償型発振器、１２………電圧制御発振回路、１４………圧電振動子、１６………バラクタダイオード、１８………バッファー、２０………温度センサー、２２………温度補償回路、２４………スイッチ回路、２６………レギュレーター、２８………サンプルホールド回路、３０………スイッチ、３２………キャパシタ、３４………バッファー、３６………出力回路、３８………分周器、４０………Ｄｕｔｙ比調整回路、４２………積分回路、４４………コンパレータ、４８………ＰＲＯＭ、５０………制御電源、５２………分岐回路、５４………遅延回路、５６………抵抗、５８………キャパシタ、６０………バッファー、６２………バッファー、６４………ＯＲ回路、６６………ＡＮＤ回路、７０………温度補償型発振器、７２………ローパスフィルター、１００………温度補償型水晶発振器、１０２………発振回路、１０４………水晶振動子、１０６………温度補償回路、１０８………温度センサー。

Claims (7)

1. 測定された温度に基づいた温度補償電圧を出力する温度補償回路と、
   前記温度補償電圧に基づいて発振周波数の温度補償がされる電圧制御発振回路と、を有する温度補償型発振回路において、
   前記温度補償回路への電力の供給を切替制御するスイッチ回路と、
   前記スイッチ回路を介し前記電力が供給されているときに、前記温度補償回路から出力された前記温度補償電圧を保持するとともに前記温度補償電圧を前記電圧制御発振回路に出力するオンの状態と、前記スイッチ回路にて前記電力の供給が絶たれているときに前記保持された前記温度補償電圧を前記電圧制御発振回路に出力するオフの状態と、に切替制御されるサンプルホールド回路と、
   前記スイッチ回路の前記切替制御及び前記サンプルホールド回路の切替制御をするための切替信号を出力する出力回路と、を備え、
   前記出力回路は、
   前記切替信号の発振源回路としてＬＣ発振回路を有することを特徴とする温度補償型発振回路。
2. 測定された温度に基づいた温度補償電圧を出力する温度補償回路と、
   前記温度補償電圧に基づいて発振周波数の温度補償がされる電圧制御発振回路と、を有する温度補償型発振回路において、
   前記温度補償回路への電力の供給を切替制御するスイッチ回路と、
   前記スイッチ回路を介し前記電力が供給されているときに、前記温度補償回路から出力された前記温度補償電圧を保持するとともに前記温度補償電圧を前記電圧制御発振回路に出力するオンの状態と、前記スイッチ回路にて前記電力の供給が絶たれているときに前記保持された前記温度補償電圧を前記電圧制御発振回路に出力するオフの状態と、に切替制御されるサンプルホールド回路と、
   前記スイッチ回路の前記切替制御及び前記サンプルホールド回路の切替制御をするための切替信号を出力する出力回路と、を備え、
   前記出力回路から出力される前記切替信号の発振源回路が前記電圧制御発振回路であることを特徴とする温度補償型発振回路。
3. 前記出力回路は、
   前記発振源回路からの発振信号を積分する積分回路と、
   当該積分された信号の電圧と閾値電圧とを比較するとともに、その大小関係を表す信号を前記切替信号として前記スイッチ回路側及び前記サンプルホールド回路側に出力するコンパレータと、を有することを特徴とする請求項１または２に記載の温度補償型発振回路。
4. 前記出力回路は、
   前記閾値電圧を制御する電圧制御手段を有することを特徴とする請求項３に記載の温度補償型発振回路。
5. 前記出力回路は、
   前記コンパレータの出力信号が入力され、当該コンパレータの出力信号の電圧変化を遅延させた遅延信号を出力する遅延回路と、
   前記切替信号と前記遅延信号とのＯＲ解となる信号を前記切替信号として前記スイッチ回路に出力するＯＲ回路と、
   前記コンパレータの出力信号と前記遅延信号とのＡＮＤ解となる信号を前記切替信号として前記サンプルホールド回路に出力するＡＮＤ回路と、を有することを特徴とする請求項３または４に記載の温度補償型発振回路。
6. 前記温度補償回路と前記サンプルホールド回路との間、または、前記サンプルホールド回路と前記電圧制御発振回路との少なくとも一方の間にはローパスフィルターが配置されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の温度補償型発振回路。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の温度補償型発振回路を搭載したことを特徴とする電子機器。

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