JP5839884B2 - 温度補償型水晶発振器 - Google Patents
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Description
本発明は、温度補償型水晶発振器に係り、特に、電圧制御発振器の感度を向上させることなく、高温までの温度補償精度を向上させた温度補償型水晶発振器に関する。
［従来の温度補償型水晶発振器：図４］
従来の温度補償型水晶発振器（TCXO：Temperature Compensated Crystal Oscillator）について、図４を参照しながら説明する。図４は、従来の温度補償型水晶発振器の回路ブロック図である。
従来のＴＣＸＯは、図４に示すように、発振回路１と、水晶振動子２とを備えている。
従来の温度補償型水晶発振器（TCXO：Temperature Compensated Crystal Oscillator）について、図４を参照しながら説明する。図４は、従来の温度補償型水晶発振器の回路ブロック図である。
従来のＴＣＸＯは、図４に示すように、発振回路１と、水晶振動子２とを備えている。
発振回路１は、外部基準信号が入力される入力端子（AFC端子）と、自動周波数制御部（AFC：Auto Frequency Control）１１と、発振部（OSC）１２と、出力バッファ部（OUT BUFFER）１３と、温度センサ部（TEMP SENSOR）１４と、温度補償部（FUNC）１５と、不揮発性メモリ（NVM）１６と、定電圧電源（REG）１７とから構成されている。
自動周波数制御部１１は、AFC端子から入力された外部基準信号に対する感度（電圧ゲイン）を調整し、発振部１２に出力する。
発振部１２は、その感度調整された電圧と水晶振動子２を用い発振させた信号を出力バッファ部１３に出力する。
出力バッファ部１３は、発振部１２からの発振信号をバッファリング（増幅）して出力端子（OUT端子）に出力する。
ここで、出力バッファ部１３と、更に水晶振動子２と発振部１２で、電圧制御水晶発振器（VCXO：Voltage Controlled Crystal Oscillator）を構成している。
発振部１２は、その感度調整された電圧と水晶振動子２を用い発振させた信号を出力バッファ部１３に出力する。
出力バッファ部１３は、発振部１２からの発振信号をバッファリング（増幅）して出力端子（OUT端子）に出力する。
ここで、出力バッファ部１３と、更に水晶振動子２と発振部１２で、電圧制御水晶発振器（VCXO：Voltage Controlled Crystal Oscillator）を構成している。
温度センサ部１４は、水晶振動子２の周辺の温度を測定し、温度補償部１５に出力する。
温度補償部１５は、関数を発生させる回路であり、不揮発性メモリ１６に記憶された温度補償に関するパラメータを読み取り、温度センサ部１４から入力された測定温度の値とパラメータを基に演算処理を行い、温度補償の電圧を発振部１２に出力する。
発振部１２は、温度補償部１５から出力された補償電圧及びＡＦＣ１１からの信号と共に、水晶振動子２を用い発振させた信号を供給する。
温度補償部１５は、関数を発生させる回路であり、不揮発性メモリ１６に記憶された温度補償に関するパラメータを読み取り、温度センサ部１４から入力された測定温度の値とパラメータを基に演算処理を行い、温度補償の電圧を発振部１２に出力する。
発振部１２は、温度補償部１５から出力された補償電圧及びＡＦＣ１１からの信号と共に、水晶振動子２を用い発振させた信号を供給する。
［従来の温度補償型水晶発振器の回路：図５］
次に、図４に示した従来の温度補償型水晶発振器の回路について図５を参照しながら説明する。図５は、従来の温度補償型水晶発振器の回路図である。
従来の温度補償型水晶発振器は、図４と図５の対比で説明すると、水晶振動子２が水晶振動子Ｘに相当し、出力バッファ部１３がバッファ３２，３３、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ３に相当し、発振部１２がインバータＩＣ３１、抵抗Ｒｆ，Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣ１，Ｃ２、可変容量ダイオードＶＤ１，ＶＤ２に相当している。
次に、図４に示した従来の温度補償型水晶発振器の回路について図５を参照しながら説明する。図５は、従来の温度補償型水晶発振器の回路図である。
従来の温度補償型水晶発振器は、図４と図５の対比で説明すると、水晶振動子２が水晶振動子Ｘに相当し、出力バッファ部１３がバッファ３２，３３、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ３に相当し、発振部１２がインバータＩＣ３１、抵抗Ｒｆ，Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣ１，Ｃ２、可変容量ダイオードＶＤ１，ＶＤ２に相当している。
尚、図５では、図４の自動周波数制御部１１と定電圧電源１７を省略している。但し、自動周波数制御部１１からの出力は、図５のＶ１の端子部分に入力されることになる。
そして、上記従来の温度補償型水晶発振器は、通常、−４０〜＋８５℃の範囲で温度補償されていた。
近年、ヨーロッパでは、e-call等の緊急時通報が法制化され、装置の導入が進められている。その自動車用として、広温度範囲、例えば、−４０〜＋１０５℃のＴＣＸＯが要求されている。
近年、ヨーロッパでは、e-call等の緊急時通報が法制化され、装置の導入が進められている。その自動車用として、広温度範囲、例えば、−４０〜＋１０５℃のＴＣＸＯが要求されている。
通常の温度補償の範囲（−４０〜＋８５℃）であれば問題はないが、広温度範囲（−４０〜＋１０５℃）、特に、＋８６〜＋１０５℃の温度範囲において、以下に説明する問題点がある。
［従来の温度補償例：図６］
従来の温度補償例について図６を参照しながら説明する。図６は、従来の温度補償例を示す説明図である。図６では、横軸が温度（Temp）で、縦軸が（ａ），（ｄ）では周波数特性を、（ｂ），（ｃ）では電圧特性を示している。
図６（ａ）に「温度補償なしの時の発振周波数Ｆout」の特性を示す。この特性は、水晶振動子と発振回路の温度特性に応じた周波数特性となるものである。
従来の温度補償例について図６を参照しながら説明する。図６は、従来の温度補償例を示す説明図である。図６では、横軸が温度（Temp）で、縦軸が（ａ），（ｄ）では周波数特性を、（ｂ），（ｃ）では電圧特性を示している。
図６（ａ）に「温度補償なしの時の発振周波数Ｆout」の特性を示す。この特性は、水晶振動子と発振回路の温度特性に応じた周波数特性となるものである。
図６（ｂ）が理想的な温度補償電圧Ｖ１時の電圧特性を示し、図６（ｃ）が現実の温度補償電圧Ｖ１の電圧特性を示している。
図６（ａ）の温度補償なしの時の電圧制御型水晶発振器の発振周波数に対して図６（ｂ）の理想的な温度補償電圧時の電圧特性Ｖ１を印加すると、理想的な温度補償後の発振周波数は、フラットになる。
図６（ａ）の温度補償なしの時の電圧制御型水晶発振器の発振周波数に対して図６（ｂ）の理想的な温度補償電圧時の電圧特性Ｖ１を印加すると、理想的な温度補償後の発振周波数は、フラットになる。
しかしながら、理想的な温度補償電圧時の周波数特性に対して現実の温度補償電圧時の周波数特性が高温領域においてズレが発生しており、そのズレのために、図６（ａ）の温度補償なしの時の電圧制御型水晶発振器の発振周波数に図６（ｃ）の現実の温度補償電圧時の電圧特性Ｖ１を印加すると、図６（ｄ）の現実の温度補償後の発振周波数は、基本的にはフラットになるが、高温領域で急峻に上昇している。
つまり、高温領域で温度補償が正常に為されていないものである。
つまり、高温領域で温度補償が正常に為されていないものである。
更に、従来のＴＣＸＯは、使用されるＩＣ（Integrated Circuit）の高集積化と共に、プロセスの微細化が進み、ＴＣＸＯの電源電圧の低電圧化が行われてきた。低電圧化は、例えば、５Ｖから３．３Ｖに、３．３Ｖから１．８Ｖになってきている。
［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２００４−１０４６０９号公報「温度補償型圧電発振器」（東洋通信機株式会社）［特許文献１］、特開２００５−０３３３２９号公報「温度補償型圧電発振器」（シチズン時計株式会社）［特許文献２］がある。
尚、関連する先行技術として、特開２００４−１０４６０９号公報「温度補償型圧電発振器」（東洋通信機株式会社）［特許文献１］、特開２００５−０３３３２９号公報「温度補償型圧電発振器」（シチズン時計株式会社）［特許文献２］がある。
特許文献１には、温度補償型圧電発振器において、可変容量ダイオードを周波数温度補償回路に組み込むことにより、温度変化を電圧変化として可変容量ダイオードに印加して、その電圧により容量を変化させ、周波数を上げる時は容量を減らし、周波数を下げる時は容量を増やすことが示されている。
特許文献２には、温度補償型圧電発振器において、水晶発振回路に低温度用ＭＯＳ容量素子と高温用ＭＯＳ容量素子が並列に接続され、低温用バイアス信号生成回路と高温用バイアス信号生成回路を備え、低温度領域の温度補償と高温度領域の温度補償とを独立して行うことが示されている。
しかしながら、従来のＴＣＸＯでは、電源電圧の低電圧化に伴い、内部電圧が下がり、回路電圧のダイナミックレンジが狭くなり、電圧制御型水晶発振器（ＶＣＸＯ）に印加される電圧の温度補償電圧範囲が狭くなって、温度補償できる温度範囲が狭くなってしまうという問題点があった。
そこで、対策として、ＶＣＸＯの周波数対電圧感度を高くすることが考えられる。
しかしながら、その対策では、ノイズに対する感度も上がるため、ＴＣＸＯに要求される重要な特性である位相ノイズが悪化するという弊害が発生する問題点があった。
しかしながら、その対策では、ノイズに対する感度も上がるため、ＴＣＸＯに要求される重要な特性である位相ノイズが悪化するという弊害が発生する問題点があった。
尚、特許文献１，２は、共に高温は高温用の温度補償回路で、低温は低温用の温度補償回路で温度補償を行うよう設計されているが、２つの回路が一体で動作するものではなく、構成を簡易にするものではない。
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、電圧制御水晶発振器の感度を上げることなく、高温まで温度補償の精度を向上させることができる温度補償型水晶発振器を提供することを目的とする。
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、水晶振動子と、温度補償を行う発振回路とを備える温度補償型水晶発振器であって、発振回路は、水晶振動子の周辺温度について特定の温度範囲内の温度を測定する特定の温度範囲用温度センサ部と、特定の温度範囲を超える高温領域で温度を測定する高温用温度センサ部と、特定の温度範囲用温度センサ部で測定された温度に基づいて温度補償の第１の電圧を出力する温度補償部と、高温用温度センサで測定された高温領域の温度に基づいて温度補償の第２の電圧を出力する高温用負荷容量調整部と、特定の温度範囲内で温度補償に用いるよう設定された第１の可変容量素子及び第２の可変容量素子と、第１の可変容量素子及び第２の可変容量素子への設定とは異なり、高温領域で温度補償に用いるよう設定された第３の可変容量素子及び第４の可変容量素子と、水晶発振器に接続して発振動作を行う発振用のＩＣとを備え、第１の電圧を用いて温度補償を行うと共に、高温領域では第２の電圧も用いて温度補償を行う発振部と、発振部からの出力を増幅するバッファとを有することを特徴とする。
本発明は、上記温度補償型水晶発振器において、特定の温度範囲を超える高温領域では、高温用負荷容量調整部が、発振部の第３の可変容量素子及び第４の可変容量素子の容量を徐々に増加させるよう動作することを特徴とする。
本発明は、上記温度補償型水晶発振器において、第１の可変容量素子の一端が、発振用のＩＣの入力側に設けられた第１のコンデンサの一端に接続され、第１の可変容量素子の他端が接地され、第２の可変容量素子の一端が、発振用のＩＣの出力側に設けられた第２のコンデンサの一端に接続され、第２の可変容量素子の他端が接地され、第１の可変容量素子の一端と第１のコンデンサの一端との間に第１の抵抗の一端が接続され、第２の可変容量素子の一端と第２のコンデンサの一端との間に第２の抵抗の一端が接続され、第１の抵抗の他端と第２の抵抗の他端が接続点で接続し、接続点に温度補償部からの第１の電圧が入力されることを特徴とする。
本発明は、上記温度補償型水晶発振器において、第３の可変容量素子の一端が、発振用のＩＣの入力側に設けられた第３のコンデンサの一端に接続され、第３の可変容量素子の他端が接地され、第４の可変容量素子の一端が、発振用のＩＣの出力側に設けられた第４のコンデンサの一端に接続され、第４の可変容量素子の他端が接地され、第３の可変容量素子の一端と第３のコンデンサの一端との間に第３の抵抗の一端が接続され、第４の可変容量素子の一端と第４のコンデンサの一端との間に第４の抵抗の一端が接続され、第３の抵抗の他端と第４の抵抗の他端が接続点で接続し、接続点に高温用負荷容量調整部からの第２の電圧が入力されることを特徴とする。
本発明によれば、水晶振動子の周辺温度について特定の温度範囲内の温度を測定する特定の温度範囲用温度センサ部と、特定の温度範囲を超える高温領域で温度を測定する高温用温度センサ部と、特定の温度範囲用温度センサ部で測定された温度に基づいて温度補償の第１の電圧を出力する温度補償部と、高温用温度センサで測定された高温領域の温度に基づいて温度補償の第２の電圧を出力する高温用負荷容量調整部と、特定の温度範囲内で温度補償に用いるよう設定された第１の可変容量素子及び第２の可変容量素子と、第１の可変容量素子及び第２の可変容量素子への設定とは異なり、高温領域で温度補償に用いるよう設定された第３の可変容量素子及び第４の可変容量素子と、水晶発振器に接続して発振動作を行う発振用のＩＣとを備え、第１の電圧を用いて温度補償を行うと共に、高温領域では第２の電圧も用いて温度補償を行う発振部と、発振部からの出力を増幅するバッファとを有する発振回路を備える温度補償型水晶発振器としているので、電圧制御型水晶発振器の電圧制御感度を上げることなく、高温まで温度補償の精度を向上させることができる効果がある。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器は、外部基準信号を自動周波数制御部で適正電圧にし、発振部が自動周波数制御部からの信号を用いて水晶振動子を発振させ、通常温度範囲では、温度センサ部で水晶振動子の周辺温度が測定され、その温度に基づいて温度補償部が温度補償の第１の電圧を発振部に出力し、通常温度範囲を超える高温領域では、加えて高温用温度センサ部で測定された温度に基づいて高温用負荷容量調整部が高温用の温度補償の第２の電圧を発振部に出力し、通常温度範囲では、第１の電圧で温度補償され、高温領域では第１と第２の電圧によって温度補償されるものであり、電圧制御水晶発振器の電圧制御感度を向上させることなく、広範囲に対応する温度補償型水晶発振器を安価に実現できるものである。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器は、外部基準信号を自動周波数制御部で適正電圧にし、発振部が自動周波数制御部からの信号を用いて水晶振動子を発振させ、通常温度範囲では、温度センサ部で水晶振動子の周辺温度が測定され、その温度に基づいて温度補償部が温度補償の第１の電圧を発振部に出力し、通常温度範囲を超える高温領域では、加えて高温用温度センサ部で測定された温度に基づいて高温用負荷容量調整部が高温用の温度補償の第２の電圧を発振部に出力し、通常温度範囲では、第１の電圧で温度補償され、高温領域では第１と第２の電圧によって温度補償されるものであり、電圧制御水晶発振器の電圧制御感度を向上させることなく、広範囲に対応する温度補償型水晶発振器を安価に実現できるものである。
［本発振器：図１］
本発明の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器の回路ブロック図である。
本発明の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器（本発振器）は、図１に示すように、発振回路１と、水晶振動子２とを備えており、発振回路１は、外部基準信号が入力される入力端子（AFC端子）と、自動周波数制御部（AFC）１１と、発振部（OSC）１２と、出力バッファ部（OUT BUFFER）１３と、温度センサ部（TEMP SENSOR）１４と、温度補償部（FUNC）１５と、不揮発性メモリ（NVM）１６と、定電圧電源（REG）１７と、高温用温度センサ部（TEMP SENSOR for High Temp.）１８と、高温用負荷容量調整部（Load Capacitance ADJ for High Temp.）１９とを基本的に有している。
本発明の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器の回路ブロック図である。
本発明の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器（本発振器）は、図１に示すように、発振回路１と、水晶振動子２とを備えており、発振回路１は、外部基準信号が入力される入力端子（AFC端子）と、自動周波数制御部（AFC）１１と、発振部（OSC）１２と、出力バッファ部（OUT BUFFER）１３と、温度センサ部（TEMP SENSOR）１４と、温度補償部（FUNC）１５と、不揮発性メモリ（NVM）１６と、定電圧電源（REG）１７と、高温用温度センサ部（TEMP SENSOR for High Temp.）１８と、高温用負荷容量調整部（Load Capacitance ADJ for High Temp.）１９とを基本的に有している。
［本発振器の各部：図１］
本発振器の各部について具体的に説明する。
自動周波数制御部１１は、AFC端子から入力された外部基準信号の電圧を目的の感度となるよう調整し、発振部１２に出力する。
本発振器の各部について具体的に説明する。
自動周波数制御部１１は、AFC端子から入力された外部基準信号の電圧を目的の感度となるよう調整し、発振部１２に出力する。
発振部１２は、水晶振動子２と接続して、ＡＦＣ１１からの信号で目的の周波数になるように制御すると共に、周波数温度補償部１５から出力された温度補償電圧（Ｖ１）値で温度補償する。更に、高温用負荷容量調整部１９からの高温用の負荷容量を調整するための温度補償電圧（Ｖ２）値で温度補償する。
従って、発振部１２は、後述するように、従来の発振部とは異なり、高温用の負荷容量を調整できる構成を備えており、温度補償電圧（Ｖ２）値の入力に応じて負荷容量を変更する。
従って、発振部１２は、後述するように、従来の発振部とは異なり、高温用の負荷容量を調整できる構成を備えており、温度補償電圧（Ｖ２）値の入力に応じて負荷容量を変更する。
つまり、通常温度範囲（例えば、−４０〜＋８５℃）では、温度補償部１５からの温度補償電圧（Ｖ１）値による電圧で温度補償を行うが、高温領域（例えば、＋８６〜＋１０５℃）になると、温度補償電圧（Ｖ１）値に加えて、高温用負荷容量調整部１９からの温度補償電圧（Ｖ２）値による電圧で温度補償を行うものである。
出力バッファ部１３は、発振部１２からの発振信号を増幅（バッファリング）して出力端子（OUT端子）に出力する。
ここで、出力バッファ部１３と、更に水晶振動子２と発振部１２で、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）を構成している。
ここで、出力バッファ部１３と、更に水晶振動子２と発振部１２で、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）を構成している。
温度センサ部１４は、水晶振動子２の周辺の温度を測定し、温度補償部１５に温度の測定値を出力する。
温度補償部１５は、関数を発生させる回路であり、不揮発性メモリ１６に記憶された温度補償に関するパラメータを読み取り、温度センサ部１４から入力された測定温度の値とパラメータを基に演算処理を行い、温度補償の電圧（Ｖ１）を発振部１２に出力する。
温度補償部１５は、関数を発生させる回路であり、不揮発性メモリ１６に記憶された温度補償に関するパラメータを読み取り、温度センサ部１４から入力された測定温度の値とパラメータを基に演算処理を行い、温度補償の電圧（Ｖ１）を発振部１２に出力する。
不揮発性メモリ１６は、温度補償に関するパラメータを記憶しており、温度補償部１５での演算処理に利用される。尚、パラメータは、本発振器の特性に応じて任意に書き換え変更可能である。
定電圧電源１７は、外部電圧の電圧変動に対して一定の電圧を発生させ、本発振器を安定に動作させるものである。
定電圧電源１７は、外部電圧の電圧変動に対して一定の電圧を発生させ、本発振器を安定に動作させるものである。
高温用温度センサ部１８は、高温（例えば、８５℃以上）で動作する温度センサ回路であり、水晶振動子の周辺温度を測定し、測定した温度の値を高温用負荷容量調整部１９に出力する。
高温用温度センサ部１８を、温度センサ部１４で代用してもよいが、同じ電源電圧で温度範囲を広くとるようにすると、通常温度範囲での測定精度が低下することになるし、高温領域の測定精度を向上させるために高温専用の温度センサ回路を用いる方がよい。
高温用温度センサ部１８を、温度センサ部１４で代用してもよいが、同じ電源電圧で温度範囲を広くとるようにすると、通常温度範囲での測定精度が低下することになるし、高温領域の測定精度を向上させるために高温専用の温度センサ回路を用いる方がよい。
高温用負荷容量調整部１９は、高温用の負荷容量を調整するために、高温用温度センサ部１８で測定された温度の値に対応した温度補償の電圧（Ｖ２）を発振部１２に出力する。
高温用負荷容量調整部１９は、高温用温度センサ部１８から入力される測定温度の値から温度補償の電圧（Ｖ２）値を演算するものであるが、温度補償部１５と同様に不揮発性メモリ１６から高温用の温度補償に関するパラメータを読み込んで演算処理を行うようにしてもよい。
不揮発性メモリ１６に記憶されるパラメータは、発振器の特性に応じて書き換え可能であるため、高温用負荷容量調整部１９も不揮発性メモリ１６から温度補償に関するパラメータを読み込んで演算に使用する方が、汎用性がある。
高温用負荷容量調整部１９は、高温用温度センサ部１８から入力される測定温度の値から温度補償の電圧（Ｖ２）値を演算するものであるが、温度補償部１５と同様に不揮発性メモリ１６から高温用の温度補償に関するパラメータを読み込んで演算処理を行うようにしてもよい。
不揮発性メモリ１６に記憶されるパラメータは、発振器の特性に応じて書き換え可能であるため、高温用負荷容量調整部１９も不揮発性メモリ１６から温度補償に関するパラメータを読み込んで演算に使用する方が、汎用性がある。
［本発振器の回路：図２］
次に、図１に示した本発振器の回路について図２を参照しながら説明する。図２は、本発振器の回路図である。
本発振器は、図１と図２の対比で説明すると、水晶振動子２が水晶振動子Ｘに相当し、出力バッファ部１３がバッファ３２，３３、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ３に相当している。
次に、図１に示した本発振器の回路について図２を参照しながら説明する。図２は、本発振器の回路図である。
本発振器は、図１と図２の対比で説明すると、水晶振動子２が水晶振動子Ｘに相当し、出力バッファ部１３がバッファ３２，３３、抵抗Ｒ３、コンデンサＣ３に相当している。
そして、発振部１２がインバータＩＣ３１、抵抗Ｒｆ，Ｒ１，Ｒ２、コンデンサＣ１，Ｃ２、第１，２の可変容量ダイオードＶＤ１，ＶＤ２に相当し、高温用の負荷容量を調整するための構成がコンデンサＣ４，Ｃ５、抵抗Ｒ４，Ｒ５、第３，４の可変容量ダイオードＶＤ３，ＶＤ４に相当している。
インバータＩＣ３１は、入力信号を反転出力するもので、発振用ＩＣである。
インバータＩＣ３１は、入力信号を反転出力するもので、発振用ＩＣである。
尚、図２では、図１の自動周波数制御部１１と定電圧電源１７を省略している。但し、自動周波数制御部１１からの出力は、図２のＶ１（以下、「Ｖ１Ｔ」とする）の端子部分に入力されることになる。
［本発振器の回路の接続関係］
次に、本発振器の回路の接続関係について説明する。
まず、発振部１２は、水晶振動子Ｘの両端にインバータＩＣ３１の入力側と出力側が接続し、水晶振動子Ｘに抵抗Ｒｆが並列接続されている。
インバータＩＣ３１の入力側には、コンデンサＣ１の一端が接続され、その他端は第１の可変容量ダイオードＶＤ１の一端に接続され、第１の可変容量ダイオードＶＤ１の他端は接地されている。更に、インバータＩＣ３１の入力側には、コンデンサＣ４の一端が接続され、その他端は第３の可変容量ダイオードＶＤ３の一端に接続され、第３の可変容量ダイオードＶＤ３の他端は接地されている。
次に、本発振器の回路の接続関係について説明する。
まず、発振部１２は、水晶振動子Ｘの両端にインバータＩＣ３１の入力側と出力側が接続し、水晶振動子Ｘに抵抗Ｒｆが並列接続されている。
インバータＩＣ３１の入力側には、コンデンサＣ１の一端が接続され、その他端は第１の可変容量ダイオードＶＤ１の一端に接続され、第１の可変容量ダイオードＶＤ１の他端は接地されている。更に、インバータＩＣ３１の入力側には、コンデンサＣ４の一端が接続され、その他端は第３の可変容量ダイオードＶＤ３の一端に接続され、第３の可変容量ダイオードＶＤ３の他端は接地されている。
また、インバータＩＣ３１の出力側には、コンデンサＣ２の一端が接続され、その他端は第２の可変容量ダイオードＶＤ２の一端に接続され、第２の可変容量ダイオードＶＤ２の他端は接地されている。更に、インバータＩＣ３１の出力側には、コンデンサＣ５の一端が接続され、その他端は第４の可変容量ダイオードＶＤ４の一端に接続され、第４の可変容量ダイオードＶＤ４の他端は接地されている。
そして、インバータＩＣ３１の出力側に、コンデンサＣ３が直列接続され、そのコンデンサＣ３を介してバッファ３２，３３が直列に接続され、そして出力端子（Ｆout）に接続している。尚、バッファ３２の出力が抵抗Ｒ３を介して入力に帰還している。
そして、インバータＩＣ３１の出力側に、コンデンサＣ３が直列接続され、そのコンデンサＣ３を介してバッファ３２，３３が直列に接続され、そして出力端子（Ｆout）に接続している。尚、バッファ３２の出力が抵抗Ｒ３を介して入力に帰還している。
また、コンデンサＣ１の他端が抵抗Ｒ１を介して端子Ｖ１Ｔに接続し、コンデンサＣ２の他端も抵抗Ｒ２を介して端子Ｖ１Ｔに接続している。
端子Ｖ１Ｔには、温度補償部１５の出力端子が接続され、温度補償部１５は、不揮発性メモリ１６にアクセス可能に接続され、温度センサ部１４からの測定温度を入力可能に接続している。
端子Ｖ１Ｔには、温度補償部１５の出力端子が接続され、温度補償部１５は、不揮発性メモリ１６にアクセス可能に接続され、温度センサ部１４からの測定温度を入力可能に接続している。
また、コンデンサＣ４の他端が抵抗Ｒ４を介して端子Ｖ２（以下、「Ｖ２Ｔ」とする）に接続し、コンデンサＣ５の他端も抵抗Ｒ５を介して端子Ｖ２Ｔに接続している。
端子Ｖ２Ｔには、高温用負荷容量調整部１９の出力端子が接続され、高温用負荷容量調整部１９は、高温用温度センサ部１８からの高温用の測定温度を入力可能に接続している。
端子Ｖ２Ｔには、高温用負荷容量調整部１９の出力端子が接続され、高温用負荷容量調整部１９は、高温用温度センサ部１８からの高温用の測定温度を入力可能に接続している。
［本発振回路の動作］
［通常温度範囲］
本発振回路における動作は、通常温度範囲（例えば、−４０〜＋８５℃）では、温度センサ部１４で測定された温度の値が温度補償部１５に入力され、温度補償の電圧値が演算されて温度補償電圧（Ｖ１）が端子Ｖ１Ｔに出力される。
［通常温度範囲］
本発振回路における動作は、通常温度範囲（例えば、−４０〜＋８５℃）では、温度センサ部１４で測定された温度の値が温度補償部１５に入力され、温度補償の電圧値が演算されて温度補償電圧（Ｖ１）が端子Ｖ１Ｔに出力される。
端子Ｖ１Ｔには、ＡＦＣ１１からの信号が入力されており、温度補償電圧（Ｖ１）も加算される。
ＡＦＣ１１からの信号と温度補償電圧（Ｖ１）によって、抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して第１，２の可変容量ダイオードＶＤ１，ＶＤ２が変化し、インバータＩＣ３１が発振動作を行う。
ＡＦＣ１１からの信号と温度補償電圧（Ｖ１）によって、抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して第１，２の可変容量ダイオードＶＤ１，ＶＤ２が変化し、インバータＩＣ３１が発振動作を行う。
［高温領域］
高温領域（例えば、＋８６〜＋１０５℃）になると、温度センサ部１４、温度補償部１５は継続して動作するものの、加えて、高温用温度センサ部１８と高温用負荷容量調整部１９が動作を開始し、高温領域における温度補償電圧（Ｖ２）を端子Ｖ２Ｔに出力する。
高温領域（例えば、＋８６〜＋１０５℃）になると、温度センサ部１４、温度補償部１５は継続して動作するものの、加えて、高温用温度センサ部１８と高温用負荷容量調整部１９が動作を開始し、高温領域における温度補償電圧（Ｖ２）を端子Ｖ２Ｔに出力する。
すると、抵抗Ｒ４，Ｒ５を介して第３，４の可変容量ダイオードＶＤ３，ＶＤ４の容量が変化し、負荷容量が変化する。尚、負荷容量は、高温用負荷容量調整部１９から出力される温度補償電圧（Ｖ２）の値に応じて変化するものであり、高温用負荷容量調整部１９によって調整される。
具体的には、高温領域において温度補償電圧（Ｖ２）を徐々に下降させ、高温用負荷を徐々に増加させて温度補償を行うものである。
具体的には、高温領域において温度補償電圧（Ｖ２）を徐々に下降させ、高温用負荷を徐々に増加させて温度補償を行うものである。
この高温用負荷容量が発振部１２内に形成されることで、高温領域における温度補償を行うことが可能となり、電圧制御水晶発振器の感度を向上させることなく、広温度範囲に対応する低雑音温度補償型水晶発振器を安価に実現できる効果がある。
［本発振回路の温度補償例：図３］
本発振回路の温度補償例について図３を参照しながら説明する。図３は、本発振回路の温度補償例を示す説明図である。図３では、横軸が温度（Temp）で、縦軸が（ａ），（ｅ）では周波数特性を、（ｂ），（ｃ），（ｄ）では電圧特性を示している。
図３（ａ）に「温度補償なしの時の発振周波数Ｆout」の特性を示す。この特性は、水晶振動子と発振回路の温度特性に応じた周波数特性となるものである。
本発振回路の温度補償例について図３を参照しながら説明する。図３は、本発振回路の温度補償例を示す説明図である。図３では、横軸が温度（Temp）で、縦軸が（ａ），（ｅ）では周波数特性を、（ｂ），（ｃ），（ｄ）では電圧特性を示している。
図３（ａ）に「温度補償なしの時の発振周波数Ｆout」の特性を示す。この特性は、水晶振動子と発振回路の温度特性に応じた周波数特性となるものである。
図３（ｂ）が理想的な温度補償電圧Ｖ１の電圧特性を示し、図３（ｃ）が現実の温度補償電圧Ｖ１の電圧特性を示している。
更に、図３（ｄ）に負荷容量補正電圧Ｖ２の電圧特性を示し、図３（ｅ）に本発振回路における温度補償後の発振周波数Ｆoutの特性を示す。
更に、図３（ｄ）に負荷容量補正電圧Ｖ２の電圧特性を示し、図３（ｅ）に本発振回路における温度補償後の発振周波数Ｆoutの特性を示す。
図３（ｂ）の理想的な温度補償電圧時の電圧特性に対して図３（ｃ）の現実の温度補償電圧時の電圧特性が高温領域においてズレが発生しているが、図３（ｄ）の負荷容量補正電圧Ｖ２の電圧特性によって、そのズレを打ち消すことができるため、図３（ａ）の温度補償なしの時の電圧制御型水晶発振器の発振周波数に対して図３（ｃ）の現実の温度補償電圧時の電圧特性と図３（ｄ）の負荷容量補正電圧Ｖ２の電圧特性を印加すると、図３（ｅ）に示すように、本発振回路の温度補償後の発振周波数は、ほぼフラットになる。
つまり、高温領域でも温度補償が正常に為されたものである。
つまり、高温領域でも温度補償が正常に為されたものである。
本発振器では、外部基準信号を入力する構成となっているが、外部区順信号を入力せず、内部電圧で動作する発振器にも適用可能である。この場合、発振回路１内にＡＦＣ１１を持たない構成となる。
また、本発振器では、可変容量素子を可変容量ダイオードで説明したが、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）を使った可変容量素子で構成してもよい。
また、本発振器では、可変容量素子を可変容量ダイオードで説明したが、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）を使った可変容量素子で構成してもよい。
［実施の形態の効果］
本発振器によれば、通常温度範囲では、温度センサ部１４と温度補償部１５が動作して発振部１２における温度補償を行うが、通常温度範囲を超える高温領域では、それらに加えて高温用温度センサ部１８と高温用負荷容量調整部１９が動作して発振部１２における高温用の温度補償を行うようにしているので、電圧制御水晶発振器の制御感度を向上させることなく、広範囲に対応する低雑音温度補償型水晶発振器を安価に提供できる効果がある。
本発振器によれば、通常温度範囲では、温度センサ部１４と温度補償部１５が動作して発振部１２における温度補償を行うが、通常温度範囲を超える高温領域では、それらに加えて高温用温度センサ部１８と高温用負荷容量調整部１９が動作して発振部１２における高温用の温度補償を行うようにしているので、電圧制御水晶発振器の制御感度を向上させることなく、広範囲に対応する低雑音温度補償型水晶発振器を安価に提供できる効果がある。
本発明は、電圧制御水晶発振器の制御感度を上げることなく、高温まで温度補償の精度を向上させることができる低雑音温度補償型水晶発振器に好適である。
１...発振回路、 ２...水晶振動子、 １１...自動周波数制御部（AFC）、 １２...発振部（OSC）、 １３...出力バッファ部（OUT BUFFER）、 １４...温度センサ部（TEMP SENSOR）、 １５...温度補償部（FUNC）、 １６...不揮発性メモリ（NVM）、 １７...定電圧電源（REG）、 １８...高温用温度センサ部（TEMP SENSOR for High Temp.）、 １９...高温用負荷容量調整部（Load Capacitance ADJ for High Temp.）、 ３１...インバータＩＣ、 ３２...バッファ、 ３３...バッファ、 ＶＤ１...第１の可変容量ダイオード、 ＶＤ２...第２の可変容量ダイオード、 ＶＤ３...第３の可変容量ダイオード、 ＶＤ４...第４の可変容量ダイオード
Claims (4)
- 水晶振動子と、温度補償を行う発振回路とを備える温度補償型水晶発振器であって、
前記発振回路は、
前記水晶振動子の周辺温度について特定の温度範囲内の温度を測定する特定の温度範囲用温度センサ部と、
前記特定の温度範囲を超える高温領域で温度を測定する高温用温度センサ部と、
前記特定の温度範囲用温度センサ部で測定された温度に基づいて温度補償の第１の電圧を出力する温度補償部と、
前記高温用温度センサで測定された高温領域の温度に基づいて温度補償の第２の電圧を出力する高温用負荷容量調整部と、
前記特定の温度範囲内で温度補償に用いるよう設定された第１の可変容量素子及び第２の可変容量素子と、前記第１の可変容量素子及び前記第２の可変容量素子への設定とは異なり、前記高温領域で温度補償に用いるよう設定された第３の可変容量素子及び第４の可変容量素子と、前記水晶発振器に接続して発振動作を行う発振用のＩＣとを備え、前記第１の電圧を用いて温度補償を行うと共に、前記高温領域では前記第２の電圧も用いて温度補償を行う発振部と、
前記発振部からの出力を増幅するバッファとを有することを特徴とする温度補償型水晶発振器。 - 特定の温度範囲を超える高温領域では、高温用負荷容量調整部は、前記発振部の第３の可変容量素子及び第４の可変容量素子の容量を徐々に増加させるよう動作することを特徴とする請求項１記載の温度補償型水晶発振器。
- 第１の可変容量素子の一端は、発振用のＩＣの入力側に設けられた第１のコンデンサの一端に接続され、前記第１の可変容量素子の他端が接地され、第２の可変容量素子の一端は、前記発振用のＩＣの出力側に設けられた第２のコンデンサの一端に接続され、前記第２の可変容量素子の他端が接地され、前記第１の可変容量素子の一端と前記第１のコンデンサの一端との間に第１の抵抗の一端が接続され、前記第２の可変容量素子の一端と前記第２のコンデンサの一端との間に第２の抵抗の一端が接続され、前記第１の抵抗の他端と前記第２の抵抗の他端が接続点で接続し、前記接続点に温度補償部からの第１の電圧が入力されることを特徴とする請求項１又は２記載の温度補償型水晶発振器。
- 第３の可変容量素子の一端は、発振用のＩＣの入力側に設けられた第３のコンデンサの一端に接続され、前記第３の可変容量素子の他端が接地され、第４の可変容量素子の一端は、前記発振用のＩＣの出力側に設けられた第４のコンデンサの一端に接続され、前記第４の可変容量素子の他端が接地され、前記第３の可変容量素子の一端と前記第３のコンデンサの一端との間に第３の抵抗の一端が接続され、前記第４の可変容量素子の一端と前記第４のコンデンサの一端との間に第４の抵抗の一端が接続され、前記第３の抵抗の他端と前記第４の抵抗の他端が接続点で接続し、前記接続点に高温用負荷容量調整部からの第２の電圧が入力されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の温度補償型水晶発振器。
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