JP5847505B2 - Vibrator unit, oscillation circuit, and reception circuit - Google Patents

Vibrator unit, oscillation circuit, and reception circuit Download PDF

Info

Publication number
JP5847505B2
JP5847505B2 JP2011197616A JP2011197616A JP5847505B2 JP 5847505 B2 JP5847505 B2 JP 5847505B2 JP 2011197616 A JP2011197616 A JP 2011197616A JP 2011197616 A JP2011197616 A JP 2011197616A JP 5847505 B2 JP5847505 B2 JP 5847505B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
output
value
current
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011197616A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013059007A (en
Inventor
永田 洋一
洋一 永田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Citizen Holdings Co Ltd
Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Holdings Co Ltd
Citizen Watch Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Citizen Holdings Co Ltd, Citizen Watch Co Ltd filed Critical Citizen Holdings Co Ltd
Priority to JP2011197616A priority Critical patent/JP5847505B2/en
Publication of JP2013059007A publication Critical patent/JP2013059007A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5847505B2 publication Critical patent/JP5847505B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、回路に水晶振動子として外付けされる振動子ユニット並びにそれを用いた発振回路及び受信回路に関し、特に、水晶振動子の温度特性の補償に関する。   The present invention relates to a vibrator unit externally attached to a circuit as a crystal vibrator, and an oscillation circuit and a reception circuit using the vibrator unit, and more particularly to compensation of temperature characteristics of the crystal vibrator.

水晶振動子は高精度の発振周波数を有し、クォーツ時計、無線通信、コンピュータなど、現代のエレクトロニクスには欠かせない部品となっている。水晶振動子は部品(振動子ユニット)として提供されており、例えば、マイコンや時計ICなど、発振信号を利用する回路は水晶振動子を接続するだけで発振回路が完成するように設計されることが多い。具体的には、図13に示すように、マイコンや時計ICなどの集積回路2は、インバータ4を発振用増幅器として用い、当該インバータ4及びその入出力端子に接続されるキャパシタCin,Coutなどからなる発振回路の一部を形成されている。インバータ4の出力端から入力端への帰還路には共振子を接続できるように、集積回路2には外部接続端子Nin,Noutが設けられている。この端子Nin,Noutに共振子として、水晶振動子を内蔵した振動子ユニット6を接続することで発振回路が構成される。   Quartz resonators have a high-accuracy oscillation frequency and are indispensable parts for modern electronics such as quartz watches, wireless communications, and computers. Quartz resonators are provided as parts (vibrator units). For example, circuits that use oscillation signals, such as microcomputers and watch ICs, are designed so that an oscillation circuit can be completed simply by connecting a crystal resonator. There are many. Specifically, as shown in FIG. 13, an integrated circuit 2 such as a microcomputer or a clock IC uses an inverter 4 as an oscillation amplifier, and includes an inverter 4 and capacitors Cin and Cout connected to its input / output terminals. A part of the oscillation circuit is formed. The integrated circuit 2 is provided with external connection terminals Nin and Nout so that a resonator can be connected to the feedback path from the output terminal to the input terminal of the inverter 4. An oscillation circuit is configured by connecting a resonator unit 6 containing a crystal resonator as a resonator to the terminals Nin and Nout.

水晶振動子は高精度であるが、その温度特性を補償することで一層の高精度化を図ることができる。その従来技術として、下記特許文献1は、水晶振動子に直列に受動素子からなる温度補償回路を接続することを開示している。また、他の従来技術としてTCXO(temperature compensated crystal oscillator:温度補償水晶発振器)がある。図14はTCXOを説明する模式的な回路図である。TCXO8は水晶振動子と温度補償回路10を一つのパッケージに組み込まれ、それ自体で発振して発振信号を出力する。集積回路2は端子NinにTCXO8を接続され、温度補償された発振信号を入力され利用することができる。TCXO8の温度補償回路10は基本的に常時動作する。また、温度補償をデジタル的に行うTCXO(DTCXO)も、その内部で生成する発振信号を用いてデジタル処理の動作を常時行う。   Although the quartz resonator has high accuracy, it can be further improved by compensating the temperature characteristics. As the prior art, Patent Document 1 below discloses that a temperature compensation circuit including a passive element is connected in series with a crystal resonator. Another conventional technique is TCXO (temperature compensated crystal oscillator). FIG. 14 is a schematic circuit diagram illustrating the TCXO. The TCXO 8 incorporates the crystal resonator and the temperature compensation circuit 10 in one package, and oscillates by itself to output an oscillation signal. The integrated circuit 2 has a TCXO 8 connected to a terminal Nin, and can use an oscillation signal whose temperature is compensated. The temperature compensation circuit 10 of the TCXO 8 basically operates constantly. In addition, TCXO (DTCXO) that performs temperature compensation digitally always performs digital processing operation using an oscillation signal generated therein.

特開平10−65445号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-65445

水晶振動子はその切断角度に応じてATカットやBTカットなどの種類が存在し、振動モードや温度特性が異なる。例えば、ATカット振動子の周波数変化量は温度の3次関数となるのに対し、Xカット振動子では2次関数となる。このような温度特性の違いに対応して受動素子からなる温度補償回路を好適に設計することは必ずしも容易ではない。   There are various types of crystal resonators such as AT cut and BT cut depending on the cutting angle, and the vibration mode and temperature characteristics are different. For example, the amount of change in frequency of an AT cut vibrator is a cubic function of temperature, whereas it is a quadratic function of an X cut vibrator. It is not always easy to suitably design a temperature compensation circuit composed of passive elements in response to such a difference in temperature characteristics.

一方、上述の集積回路2のように、共振子を接続して発振回路を完成するように設計された回路モジュールにTCXOを接続し利用する場合、回路モジュール側に発振回路の一部として設けたインバータ4等は冗長な構成となる。さらに、当該冗長部分はTCXOから入力される源発振周波数foscの発振信号に応じて、周波数foscでキャパシタCin,Coutの充放電やインバータ4の増幅動作を行うことになり、本来不要な消費電流が大きくなるという問題を生じる。   On the other hand, when the TCXO is connected to a circuit module designed to complete an oscillation circuit by connecting a resonator as in the integrated circuit 2 described above, the circuit module is provided as a part of the oscillation circuit. The inverter 4 and the like have a redundant configuration. Further, the redundant portion performs charge / discharge of the capacitors Cin and Cout and the amplification operation of the inverter 4 at the frequency fosc in accordance with the oscillation signal of the source oscillation frequency fosc input from the TCXO, so that originally unnecessary current consumption is generated. The problem of becoming larger arises.

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、少ない消費電力で、かつ水晶振動子の温度特性を好適に補償することが可能な振動子ユニット、発振回路及び受信回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a vibrator unit, an oscillation circuit, and a receiving circuit that can appropriately compensate for temperature characteristics of a crystal vibrator with low power consumption. For the purpose.

本発明に係る振動子ユニットは、水晶振動子を含んで一体に構成され、当該水晶振動子を外部回路に接続するための外部接続端子を備えたものであって、前記水晶振動子に接続された可変容量コンデンサと、前記水晶振動子の近傍における温度を検知する温度センサと、前記可変容量コンデンサの容量を制御する温度補償回路と、を有し、前記温度補償回路は、当該振動子ユニットの外部からのトリガ信号の入力に応じて、前記温度センサの検知出力に基づいて前記可変容量コンデンサの前記容量を調節する。   A vibrator unit according to the present invention is integrally configured including a crystal resonator, and includes an external connection terminal for connecting the crystal resonator to an external circuit, and is connected to the crystal resonator. A variable capacitor, a temperature sensor that detects a temperature in the vicinity of the crystal resonator, and a temperature compensation circuit that controls the capacitance of the variable capacitor, and the temperature compensation circuit includes: The capacitance of the variable capacitor is adjusted based on a detection output of the temperature sensor in response to an external trigger signal input.

他の本発明に係る振動子ユニットにおいては、前記可変容量コンデンサは、前記温度補償回路が出力するデジタル値の容量制御値に応じて前記容量を離散的に変化させ、前記温度補償回路は、前記水晶振動子とは独立して動作し、アナログ信号である前記検知出力に対しアナログ演算を行い、当該演算結果を表す前記容量制御値を生成する演算回路を有する。   In another vibrator unit according to the present invention, the variable capacitor varies the capacitance discretely according to a digital value control value output from the temperature compensation circuit, and the temperature compensation circuit includes the temperature compensation circuit, It has an arithmetic circuit that operates independently of the crystal resonator, performs an analog calculation on the detection output that is an analog signal, and generates the capacitance control value representing the calculation result.

さらに他の本発明に係る振動子ユニットにおいては、前記温度補償回路は、前記トリガ信号の入力に応じて、前記演算回路の駆動に用いるクロックパルスを前記水晶振動子より高い周波数で生成するクロックパルス生成回路を有する。   In still another resonator unit according to the present invention, the temperature compensation circuit generates a clock pulse used for driving the arithmetic circuit at a higher frequency than the crystal resonator in response to an input of the trigger signal. A generation circuit;

別の本発明に係る振動子ユニットにおいては、前記演算回路は、入力トランジスタ又は出力トランジスタである偶数個のトランジスタのベース及びエミッタを辿るループでありベース−エミッタ接合が形成するダイオードの向きの正逆が当該ループ上にて同数であるトランスリニアループで表現される前記アナログ演算を行い、前記容量制御値を生成する演算回路であって、前記トランスリニアループを有する回路において、当該トランスリニアループの接続を前記ダイオードの向きが正方向である前記トランジスタのエミッタと、逆方向である前記トランジスタのエミッタとの間で分断し、当該分断個所に電位比較回路を接続する改変を行った改変ループ回路と、前記入力トランジスタのエミッタに接続され、それぞれに前記アナログ演算の入力となる入力電流を供給する入力電流供給手段と、前記演算結果についての試行値を生成する制御回路と、前記出力トランジスタのエミッタに接続され、前記試行値に応じた大きさの試行電流を生成し供給する試行電流生成手段と、を有し、前記電位比較回路は、前記分断個所の両側の電位を比較してその結果に応じた比較出力を生成し、前記制御回路は、前記比較出力に基づいて、前記分断個所での電位平衡状態に対応した前記試行値を探索して前記容量制御値として出力する。   In another vibrator unit according to the present invention, the arithmetic circuit is a loop that traces the base and emitter of an even number of transistors that are input transistors or output transistors, and the direction of the diode formed by the base-emitter junction is reversed. Is an arithmetic circuit that performs the analog calculation represented by the same number of translinear loops on the loop and generates the capacity control value, and in the circuit having the translinear loop, the connection of the translinear loop Is modified between the emitter of the transistor in which the direction of the diode is forward and the emitter of the transistor in the reverse direction, and the modified loop circuit is modified to connect a potential comparison circuit to the divided portion, Connected to the emitters of the input transistors, each with the analog operation Input current supply means for supplying an input current as an input, a control circuit for generating a trial value for the calculation result, and a trial current having a magnitude corresponding to the trial value, connected to the emitter of the output transistor And a trial current generating means for supplying, and the potential comparison circuit compares the potentials on both sides of the divided portion to generate a comparison output according to the result, and the control circuit outputs the comparison output to the comparison output. Based on this, the trial value corresponding to the potential equilibrium state at the division point is searched and output as the capacity control value.

上記本発明に係る振動子ユニットにおいては、前記電位比較回路は、前記比較出力として、前記分断個所の両側の電位の大小関係に応じて2種類の出力状態のいずれかを出力するコンパレータを有し、前記制御回路は、クロックパルスを入力され、当該クロックパルスごとにカウント値を順次、増加又は減少させ、当該カウント値を前記試行値として出力するカウンタと、前記比較出力の前記出力状態の変化を検出し、当該変化時に対応した前記試行値を前記容量制御値とする判定回路と、を有する構成とすることができる。   In the vibrator unit according to the present invention, the potential comparison circuit has a comparator that outputs one of two types of output states as the comparison output depending on the magnitude relationship between the potentials on both sides of the divided portion. The control circuit receives a clock pulse, sequentially increments or decrements the count value for each clock pulse, outputs the count value as the trial value, and changes the output state of the comparison output. A determination circuit that detects and uses the trial value corresponding to the change as the capacity control value.

また上記本発明に係る振動子ユニットにおいては、前記電位比較回路は、前記比較出力として、前記分断個所の両側の電位差に応じた電流を生成する電圧−電流変換回路を有し、前記制御回路は、前記比較出力の前記電流を充電するコンデンサと、オン状態にて選択的に前記コンデンサを放電させるスイッチと、前記コンデンサの端子間電圧を入力され、その出力に応じて前記スイッチのオン/オフ状態を切り換え前記コンデンサの充電/放電を交互に繰り返させるヒステリシスコンパレータと、前記ヒステリシスコンパレータの出力パルスごとにカウント値を順次、増加又は減少させ、当該カウント値を前記試行値として出力するカウンタと、前記ヒステリシスコンパレータの出力の変化の周期に基づいて前記電位平衡状態への到達を判定し、当該到達時に対応した前記試行値を前記容量制御値とする判定回路と、を有する構成とすることができる。   Further, in the vibrator unit according to the present invention, the potential comparison circuit includes a voltage-current conversion circuit that generates a current corresponding to a potential difference between both sides of the divided portion as the comparison output, and the control circuit includes: A capacitor for charging the current of the comparison output; a switch for selectively discharging the capacitor in an on state; and a voltage across the terminals of the capacitor, and an on / off state of the switch according to the output A hysteresis comparator that alternately repeats charging / discharging of the capacitor, a counter that sequentially increases or decreases the count value for each output pulse of the hysteresis comparator, and outputs the count value as the trial value, and the hysteresis Judgment of reaching the potential equilibrium state based on the period of change in the output of the comparator , It can be configured to have a decision circuit for the trial value corresponding to the time of the arrival and the capacity control value.

上記本発明に係る振動子ユニットの好適な態様の一つは、前記外部回路である発振用増幅器に共振子として接続されて発振回路を構成するものであって、前記可変容量コンデンサが前記発振回路の負荷容量の一部をなし、前記温度補償部が、前記可変容量コンデンサの前記容量を調整して前記発振回路の発振周波数の温度変動を補償するものである。   One of preferable aspects of the vibrator unit according to the present invention is that the oscillator circuit is configured by being connected as a resonator to the oscillation amplifier which is the external circuit, and the variable capacitor is the oscillation circuit. The temperature compensator adjusts the capacitance of the variable capacitor to compensate for temperature fluctuations in the oscillation frequency of the oscillation circuit.

上記本発明に係る振動子ユニットの好適な他の態様は、前記外部接続端子のうちの入力端子に入力される受信信号から共振特性に応じた周波数成分を抽出し前記外部接続端子のうちの出力端子から出力するフィルタ回路として機能するものであって、前記可変容量コンデンサが前記入力端子と前記出力端子との間に、前記水晶振動子と直列に接続され、前記温度補償部が、前記可変容量コンデンサの前記容量を調整して前記フィルタ回路の共振周波数の温度変動を補償するものである。   In another preferable aspect of the vibrator unit according to the present invention, a frequency component corresponding to a resonance characteristic is extracted from a received signal input to an input terminal of the external connection terminals, and an output of the external connection terminal is extracted. The variable capacitor is connected in series with the crystal resonator between the input terminal and the output terminal, and the temperature compensation unit is configured to function as a filter circuit that outputs from a terminal. The capacitance of the capacitor is adjusted to compensate for temperature fluctuations in the resonance frequency of the filter circuit.

本発明に係る発振回路は、発振用増幅器と、当該発振用増幅器の入出力端子間に外付けされる共振子とを有するものであって、前記共振子が上記本発明に係る振動子ユニットであるものである。   An oscillation circuit according to the present invention includes an oscillation amplifier and a resonator externally connected between the input and output terminals of the oscillation amplifier, and the resonator is the vibrator unit according to the present invention. There is something.

本発明に係る受信回路は、無線信号を受信して受信信号を出力する前段回路及び、前記受信信号から抽出された目的周波数の信号を入力される後段回路と、当該両回路間に外付けされ共振特性に応じて前記目的周波数の信号を抽出するフィルタ回路と、を有するものであって、前記フィルタ回路が上記本発明に係る振動子ユニットであるものである。   A receiving circuit according to the present invention is a front-end circuit that receives a radio signal and outputs a received signal, a rear-stage circuit that receives a signal of a target frequency extracted from the received signal, and an external circuit between the two circuits. A filter circuit that extracts a signal of the target frequency according to resonance characteristics, wherein the filter circuit is the vibrator unit according to the present invention.

本発明によれば、TCXOを接続する場合より少ない消費電力で、水晶振動子の温度特性を好適に補償することが可能な振動子ユニット、発振回路及び受信回路が得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain a resonator unit, an oscillation circuit, and a reception circuit that can favorably compensate for the temperature characteristics of a crystal resonator with less power consumption than when a TCXO is connected.

本発明の第1の実施形態に係る振動子ユニット及び発振回路の概略の構成を示すための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for illustrating a schematic configuration of a vibrator unit and an oscillation circuit according to the first embodiment of the present invention. 可変容量キャパシタの構成例を示す模式的な回路図である。It is a typical circuit diagram which shows the structural example of a variable capacitor. 温度センサ回路の概略の回路図である。It is a schematic circuit diagram of a temperature sensor circuit. 温度センサ回路が生成する温度電流Ix及び基準電流Irと温度Tとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the temperature T and the temperature current Ix which the temperature sensor circuit produces | generates, the reference current Ir. 演算回路の一例の基本構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the basic composition of an example of an arithmetic circuit. CMOSプロセスを用いてp型半導体基板に形成されるバイポーラトランジスタの構造を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the bipolar transistor formed in a p-type semiconductor substrate using a CMOS process. 振動子ユニットにおける容量制御値Dcntに基づく周波数温度補償の原理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the principle of frequency temperature compensation based on the capacity | capacitance control value Dcnt in a vibrator | oscillator unit. 電位比較回路及び制御回路の構成の一例を示す模式的なブロック図である。It is a typical block diagram which shows an example of a structure of an electric potential comparison circuit and a control circuit. 図8に示す回路に関する概略のタイミング図である。FIG. 9 is a schematic timing diagram relating to the circuit shown in FIG. 8. 電位比較回路及び制御回路の構成の他の例を示す模式的な回路図である。It is a schematic circuit diagram which shows the other example of a structure of an electric potential comparison circuit and a control circuit. 図10に示す回路に関する概略のタイミング図である。FIG. 11 is a schematic timing diagram regarding the circuit shown in FIG. 10. 本発明の第2の実施形態に係る、振動子ユニットを水晶フィルタとして用いた無線受信回路の概略の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the outline of the radio | wireless receiving circuit which used the vibrator | oscillator unit as a crystal filter based on the 2nd Embodiment of this invention. 水晶振動子を外付けした従来の発振回路の模式図である。It is a schematic diagram of a conventional oscillation circuit with an externally attached crystal resonator. 従来技術であるTCXOを説明するための模式的な回路図である。It is a typical circuit diagram for demonstrating TCXO which is a prior art.

以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図1は第1の実施形態に係る振動子ユニット20及び発振回路22の概略の構成を示すための模式図である。振動子ユニット20はマイコンや時計IC等の集積回路24に接続されて使用される。集積回路24は上述した集積回路2と同様、インバータ26を発振用増幅器として用い、発振回路22の一部としてインバータ26及びその入出力端子に接続されるキャパシタCin,Coutなどを有する。また集積回路24にはインバータ26の帰還路に共振子を接続するための端子Nin,Noutが設けられている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic diagram for illustrating a schematic configuration of the vibrator unit 20 and the oscillation circuit 22 according to the first embodiment. The vibrator unit 20 is used by being connected to an integrated circuit 24 such as a microcomputer or a clock IC. Like the integrated circuit 2 described above, the integrated circuit 24 uses the inverter 26 as an oscillation amplifier, and includes the inverter 26 and capacitors Cin and Cout connected to its input / output terminals as a part of the oscillation circuit 22. Further, the integrated circuit 24 is provided with terminals Nin and Nout for connecting a resonator to the feedback path of the inverter 26.

振動子ユニット20は、水晶振動子Xtal、可変容量キャパシタ(可変容量コンデンサ)C、及び温度補償部28を含んで、パッケージ等の形態に一体構成されている。振動子ユニット20は水晶振動子Xtalの両端子に対応する2つの外部接続端子N1,N2を有する。また、振動子ユニット20は温度補償動作を起動するトリガ信号の入力端子Ntgを有する。温度補償部28の動作等に用いる電源として振動子ユニット20は、正電圧電源Vddを供給される端子及び、グランドGNDに接続される端子を備える。 The resonator unit 20 includes a crystal resonator Xtal, a variable capacitor (variable capacitor) C V , and a temperature compensation unit 28, and is integrally configured in the form of a package or the like. The vibrator unit 20 has two external connection terminals N1 and N2 corresponding to both terminals of the crystal vibrator Xtal. The vibrator unit 20 has a trigger signal input terminal Ntg for starting the temperature compensation operation. The vibrator unit 20 includes a terminal to which a positive voltage power source Vdd is supplied and a terminal connected to the ground GND as a power source used for the operation of the temperature compensation unit 28 and the like.

振動子ユニット20は端子N1,N2を集積回路24の端子Nout,Ninに接続され、これにより、集積回路24側の回路と振動子ユニット20とが組み合わさった発振回路22が構成される。   The vibrator unit 20 has terminals N1 and N2 connected to the terminals Nout and Nin of the integrated circuit 24, whereby an oscillation circuit 22 in which the circuit on the integrated circuit 24 side and the vibrator unit 20 are combined is configured.

温度補償部28は温度センサ回路30を備える。温度センサ回路30は既に述べたように水晶振動子Xtalと同じパッケージ内に封入され、水晶振動子Xtalの近傍における温度を検知する。温度補償部28は、端子Ntgにトリガ信号を入力されると、温度センサ回路30の検知出力に基づいて可変容量キャパシタCの容量を調節する動作を行う。温度補償部28は当該調節動作が完了すると動作を停止し、トリガ信号ごとに当該調節動作を開始する。温度補償部28及び可変容量キャパシタCは、キャパシタCに設定された容量が温度補償部28の停止期間において保持されるように構成される。 The temperature compensation unit 28 includes a temperature sensor circuit 30. As described above, the temperature sensor circuit 30 is enclosed in the same package as the crystal unit Xtal, and detects the temperature in the vicinity of the crystal unit Xtal. When the trigger signal is input to the terminal Ntg, the temperature compensation unit 28 performs an operation of adjusting the capacitance of the variable capacitor CV based on the detection output of the temperature sensor circuit 30. When the adjustment operation is completed, the temperature compensation unit 28 stops the operation and starts the adjustment operation for each trigger signal. Temperature compensating section 28 and the variable capacitor C V is configured capacity set for the capacitor C V is held in the stop period of the temperature compensating section 28.

本実施形態では、温度補償部28は演算回路32を備える。演算回路32は温度センサ回路30がアナログ信号で与える検知出力に対してアナログ演算を行って、可変容量キャパシタCに設定すべき容量を決定する。また、可変容量キャパシタCは入力されるデジタル値(容量制御値)に応じて容量を離散的に変化させる構成を有する。これに対応して、温度補償部28はアナログ演算の演算結果として容量制御値Dcntを出力する。 In the present embodiment, the temperature compensation unit 28 includes an arithmetic circuit 32. The arithmetic circuit 32 performs an analog operation on the detection output given by the temperature sensor circuit 30 as an analog signal, and determines a capacitance to be set in the variable capacitor CV . In addition, the variable capacitor CV has a configuration in which the capacitance is discretely changed according to an input digital value (capacity control value). In response to this, the temperature compensation unit 28 outputs the capacity control value Dcnt as a calculation result of the analog calculation.

図2は可変容量キャパシタCの構成例を示す模式的な回路図である。キャパシタCは例えば、水晶振動子Xtalの一方端とグランドGNDとの間に接続される。Cは互いに並列のM個の要素キャパシタc(iはM以下の自然数である。)を含み、各要素キャパシタcはMOSトランジスタ等からなるスイッチ素子sw(iはM以下の自然数である。)によりXtalの例えばN2側の端子に接続される。キャパシタcの容量はcuをパラメータとして、
=cu・2(i−1) ・・・・・・(1)
に設定され、スイッチ素子swにより並列接続されるcの組み合わせを変えることにより、Cは0から(2−1)cuまで間隔cuで2段階に離散的に変化させることができる。
FIG. 2 is a schematic circuit diagram showing a configuration example of the variable capacitor CV . The capacitor CV is connected, for example, between one end of the crystal unit Xtal and the ground GND. C V includes M element capacitors c i in parallel (i is a natural number less than or equal to M), and each element capacitor c i is a switch element sw i made of a MOS transistor or the like (i is a natural number less than or equal to M). To the terminal on the N2 side of Xtal. Capacitance of the capacitor c i as parameters cu,
c i = cu · 2 (i−1) (1)
Is set to, by changing the combination of c i which are connected in parallel by the switching element sw i, C V can be discretely changed in 2 M stage interval cu from 0 to (2 M -1) cu .

スイッチswのオン/オフはバイナリ表現の容量制御値Dcntの各ビット値を用いて行う。そのため、容量制御値Dcntのビット数と可変容量キャパシタCを構成する要素キャパシタの個数とは基本的には一致させる。本実施形態では、Dcntの最下位ビット(LSB)を第1ビット、最上位ビット(MSB)を第Mビットとして、第iビットの値でswを制御する。後に説明する理由から、本実施形態では、スイッチswは、ビット値“1”を表すH(High)レベルの電位を印加されるとオフし、“0”を表すL(Low)レベルの電位を印加されるとオンする構成としている。 The switch sw i is turned on / off using each bit value of the capacity control value Dcnt expressed in binary. Therefore, the number of bits of the capacitance control value Dcnt and the number of element capacitors constituting the variable capacitor CV are basically matched. In this embodiment, the least significant bit (LSB) of Dcnt is the first bit, the most significant bit (MSB) is the Mth bit, and sw i is controlled by the value of the i th bit. For the reason described later, in this embodiment, the switch sw i is turned off when an H (High) level potential representing a bit value “1” is applied, and an L (Low) level potential representing “0”. It is configured to be turned on when is applied.

は負荷容量の一部となり、これを調整することで発振回路22の発振周波数fを変化させることができ、定性的にはCを大きくするほどfが低下する。ちなみに、負荷容量をC、水晶振動子の等価直列容量、等価並列容量をそれぞれC、C、直列共振周波数をfと表すと、或る温度での負荷時共振周波数fについて次式が成り立つ。
(f−f)/f=C/{2(C+C)} ・・・・・・(2)
CV becomes a part of the load capacity, and by adjusting this, the oscillation frequency f of the oscillation circuit 22 can be changed. Qualitatively, f increases as CV is increased. Incidentally, the load capacitance C L, the equivalent series capacitance of the crystal oscillator, the equivalent parallel capacitance respectively C 1, C 0, when the series resonance frequency represented as f r, the load resonance frequency f L at a certain temperature following The formula holds.
(F L −f r ) / f r = C 1 / {2 (C L + C 0 )} (2)

図3は温度センサ回路30の概略の回路図である。温度センサ回路30は温度の検知出力として絶対温度Tに比例する電流Ixを生成する。また、温度センサ回路30は温度Tに非依存の基準電流Irも生成する。   FIG. 3 is a schematic circuit diagram of the temperature sensor circuit 30. The temperature sensor circuit 30 generates a current Ix proportional to the absolute temperature T as a temperature detection output. The temperature sensor circuit 30 also generates a reference current Ir independent of the temperature T.

例えば、Tに比例する電流Ixはバンドギャップ基準回路を用いて生成することができる。温度センサ回路30の電流Ixの生成に係る部分は、正電圧電源Vddにドレインを接続されたnチャネルMOSトランジスタM1と、M1のソースとグランドGNDとの間に形成された2つの電流路とを有する。MOSトランジスタM1のゲートは、正電圧電源Vddにドレインを接続されたnチャネルMOSトランジスタM2のゲート、及び演算増幅器40の出力端子に共通に接続される。第1の電流路にはM1のソース側から抵抗素子R1,R2及びpnpトランジスタQt1が直列に配置される。第2の電流路には抵抗素子R1及びpnpトランジスタQt2が直列に配置される。   For example, a current Ix proportional to T can be generated using a bandgap reference circuit. The portion related to the generation of the current Ix of the temperature sensor circuit 30 includes an n-channel MOS transistor M1 having a drain connected to the positive voltage power supply Vdd, and two current paths formed between the source of M1 and the ground GND. Have. The gate of the MOS transistor M1 is commonly connected to the gate of the n-channel MOS transistor M2 whose drain is connected to the positive voltage power supply Vdd and the output terminal of the operational amplifier 40. Resistive elements R1, R2 and a pnp transistor Qt1 are arranged in series from the source side of M1 in the first current path. A resistor element R1 and a pnp transistor Qt2 are arranged in series in the second current path.

トランジスタQt1,Qt2はそれぞれのベース及びコレクタを接地される。これらトランジスタQt1,Q3は同じ特性に作られるが、トランジスタQt1のエミッタはトランジスタQt2と比較してK倍(K>1)のサイズを有し、トランジスタQt1,Qt2それぞれのベース−エミッタ間電圧Vbe1,Vbe2はVbe1<Vbe2となる。演算増幅器40は抵抗素子R1での電圧降下とトランジスタQt1のVbe1との和と、トランジスタQt2のVbe2とが等しくなるように、第1及び第2の電流路に流れる電流It1,It2を制御する。その結果、電流It1は絶対温度Tに比例する電流(IPTATとする)となる。また、第1電流路の抵抗素子R1の電圧と第2電流路の抵抗素子R1の電圧とは等しいことから、It2=It1となる。よって、トランジスタM1には電流2IPTATが流れる。このトランジスタM1に流れる電流がM1とカレントミラー回路を構成するトランジスタM2によって検知出力の電流Ixとして取り出される。 Transistors Qt1 and Qt2 have their bases and collectors grounded. These transistors Qt1 and Q3 have the same characteristics, but the emitter of the transistor Qt1 has a size K times (K> 1) as compared with the transistor Qt2, and the base-emitter voltages Vbe1, Vbe2 is Vbe1 <Vbe2. The operational amplifier 40 controls the currents It1 and It2 flowing in the first and second current paths so that the sum of the voltage drop at the resistance element R1 and Vbe1 of the transistor Qt1 is equal to Vbe2 of the transistor Qt2. As a result, the current It1 becomes a current proportional to the absolute temperature T (referred to as IPTAT ). Further, since the voltage of the resistance element R1 in the first current path is equal to the voltage of the resistance element R1 in the second current path, It2 = It1. Therefore, the current 2I PTAT flows through the transistor M1. The current flowing through the transistor M1 is taken out as a detection output current Ix by the transistor M2 which forms a current mirror circuit with M1.

温度センサ回路30の基準電流Irの生成に係る部分は、正電圧電源VddとグランドGNDとの間に直列に接続されたnチャネルMOSトランジスタM3と抵抗R3とからなる電流路と、当該電流路の電流を取り出すカレントミラー回路とからなる。M3のドレインはVddに接続され、そのソースとグランドGNDとの間に抵抗R3が接続される。当該電流路に流れる電流は、演算増幅器42によって抵抗R3のトランジスタM3側の電位がトランジスタM1のソース電位に一致するように制御される。M1のソース電位は温度非依存なので当該電流は温度非依存となる。当該電流がトランジスタM3とカレントミラー回路を構成するトランジスタM4によって基準電流Irとして取り出される。   A portion related to generation of the reference current Ir of the temperature sensor circuit 30 includes a current path including an n-channel MOS transistor M3 and a resistor R3 connected in series between the positive voltage power supply Vdd and the ground GND, It consists of a current mirror circuit that extracts current. The drain of M3 is connected to Vdd, and a resistor R3 is connected between the source and ground GND. The current flowing through the current path is controlled by the operational amplifier 42 so that the potential on the transistor M3 side of the resistor R3 matches the source potential of the transistor M1. Since the source potential of M1 is temperature independent, the current is temperature independent. The current is taken out as the reference current Ir by the transistor M3 and the transistor M4 constituting the current mirror circuit.

図4は温度センサ回路30が生成する温度電流Ix及び基準電流Irと温度Tとの関係を示すグラフであり、横軸が絶対温度T、縦軸が電流値である。温度電流IxはTに比例して増加し、一方、基準電流Irは一定となる。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the temperature current Ix and reference current Ir generated by the temperature sensor circuit 30 and the temperature T. The horizontal axis represents the absolute temperature T, and the vertical axis represents the current value. The temperature current Ix increases in proportion to T, while the reference current Ir becomes constant.

ここで、水晶振動子の周波数温度特性は2次曲線又は3次曲線で表され、通常、25℃前後を中心に対称となるように設定されている。そのため、その中心温度にて両電流Ix,Irが等しくなるように設定すれば、後述のアナログ演算が容易となることが期待される。交点の温度T0は、例えば抵抗R3を調節して基準電流Irを変化させることでずらすことができる。   Here, the frequency-temperature characteristic of the crystal resonator is expressed by a quadratic curve or a cubic curve, and is usually set to be symmetric about around 25 ° C. Therefore, if both currents Ix and Ir are set to be equal at the center temperature, it is expected that analog operations described later will be facilitated. The temperature T0 at the intersection can be shifted by changing the reference current Ir by adjusting the resistor R3, for example.

図5は演算回路32の一例の基本構成を示す回路図である。演算回路32はトランスリニア原理を用いており、後述するように擬似的にトランスリニアループを構成するものと言える。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a basic configuration of an example of the arithmetic circuit 32. The arithmetic circuit 32 uses the translinear principle, and can be said to constitute a translinear loop in a pseudo manner as will be described later.

ここでトランスリニア原理とは、複数のトランジスタのベース・エミッタを一巡するように結合したループにおいて、時計回り方向(CW)の極性の半導体接合の数と、反時計回り方向(CCW)の極性の半導体接合の数が同数である場合には、ベース電流が時計回り方向に流れるトランジスタのコレクタ電流の積とベース電流が反時計回り方向に流れるトランジスタのコレクタ電流の積とが等しくなる、というものである。次式はトランスリニア原理を表しており、左辺が時計回り方向(CW)の極性のベース−エミッタ接合を有するN個のトランジスタのコレクタ電流ICiの積、右辺が反時計回り方向(CCW)の極性のベース−エミッタ接合を有するN個のトランジスタのコレクタ電流ICjの積である。ここで、i,jは共にN以下の自然数である。

Figure 0005847505
Here, the translinear principle means that the number of semiconductor junctions in the clockwise direction (CW) polarity and the counterclockwise direction (CCW) polarity in a loop coupled so as to make a round of the base and emitter of a plurality of transistors. When the number of semiconductor junctions is the same, the product of the collector current of the transistor in which the base current flows in the clockwise direction is equal to the product of the collector current of the transistor in which the base current flows in the counterclockwise direction. is there. The following equation represents the translinear principle, where the left side is the product of the collector currents I Ci of N transistors having a base-emitter junction with a clockwise (CW) polarity, and the right side is counterclockwise (CCW). It is the product of the collector currents I Cj of N transistors with polar base-emitter junctions. Here, i and j are both natural numbers of N or less.
Figure 0005847505

当該原理を用いたトランスリニア回路はアナログ演算回路を構成するために用いられており、例えば、トランスリニア回路によって乗算回路、除算回路、二乗回路、平方根回路等を実現することができる。   A translinear circuit using the principle is used to configure an analog arithmetic circuit. For example, a multiplier circuit, a division circuit, a square circuit, a square root circuit, or the like can be realized by the translinear circuit.

演算回路32においてトランスリニア原理を用いる部分をアナログ演算部50と称する。演算回路32はアナログ演算部50の他、電流出力型のD/A変換器(DAC:Digital-to-Analog Converter)52、電位比較回路54及び制御回路56を備える。   A portion using the translinear principle in the arithmetic circuit 32 is referred to as an analog arithmetic unit 50. The arithmetic circuit 32 includes a current output type D / A converter (DAC: Digital-to-Analog Converter) 52, a potential comparison circuit 54, and a control circuit 56 in addition to the analog arithmetic unit 50.

アナログ演算部50は後述するように擬似的にトランスリニアループを構成するものと言える。アナログ演算部50は本来のトランスリニアループと同様、バイポーラトランジスタを用いて構成される。本実施形態では、当該バイポーラトランジスタはCMOSプロセスで形成する。図6は、当該バイポーラトランジスタの構造を示す模式図であり、半導体基板に垂直な断面が示されている。図6にはICを形成する半導体基板が、p型不純物を導入されp型導電性(第1導電型)を与えられたp型サブストレート(以下、p−sub)60である例を示している。p−sub60の表面にn型不純物を導入されn型導電性(第2導電型)とされた半導体領域であるnウェル(n−well)62が形成される。さらにnウェル62内にp型領域64が形成される。これによりp−sub60をコレクタ(C)、nウェル62をベース(B)、p型領域64をエミッタ(E)とするpnp型トランジスタが形成される。ちなみに、CMOSプロセスにおいてnウェル62はp型MOSトランジスタのチャネルとなる領域を形成する工程により形成され、具体的にはnウェル62を形成する領域に開口を有するマスクをフォトレジスト等で形成してn型不純物をイオン注入・熱拡散することにより形成される。p型領域64はpチャネルMOSトランジスタのソース、ドレインの拡散層領域を形成する工程により形成され、具体的にはマスクを形成した後、p型不純物をイオン注入して形成される。このCMOSプロセスで形成されるバイポーラトランジスタはコレクタが基板電位Vsubに固定される。p型基板に対してはVsubはグランドGNDとすることができる。   It can be said that the analog computing unit 50 constitutes a pseudo-translinear loop as described later. Similar to the original translinear loop, the analog operation unit 50 is configured using bipolar transistors. In this embodiment, the bipolar transistor is formed by a CMOS process. FIG. 6 is a schematic view showing the structure of the bipolar transistor, and shows a cross section perpendicular to the semiconductor substrate. FIG. 6 shows an example in which the semiconductor substrate forming the IC is a p-type substrate (hereinafter referred to as p-sub) 60 to which p-type impurities are introduced and p-type conductivity (first conductivity type) is given. Yes. An n-well 62, which is a semiconductor region in which an n-type impurity is introduced into the surface of the p-sub 60 and is made to have n-type conductivity (second conductivity type), is formed. Further, a p-type region 64 is formed in the n-well 62. As a result, a pnp-type transistor having the p-sub 60 as the collector (C), the n-well 62 as the base (B), and the p-type region 64 as the emitter (E) is formed. Incidentally, in the CMOS process, the n-well 62 is formed by the step of forming a region that becomes a channel of the p-type MOS transistor. Specifically, a mask having an opening in the region where the n-well 62 is formed is formed of a photoresist or the like. It is formed by ion implantation and thermal diffusion of n-type impurities. The p-type region 64 is formed by a step of forming diffusion layer regions for the source and drain of the p-channel MOS transistor. Specifically, after forming a mask, the p-type region 64 is formed by ion implantation of p-type impurities. In the bipolar transistor formed by this CMOS process, the collector is fixed at the substrate potential Vsub. For a p-type substrate, Vsub can be the ground GND.

なお、温度センサ回路30のpnpトランジスタQt1,Qt2もアナログ演算部50のバイポーラトランジスタと共通工程で作製することができる。   The pnp transistors Qt1 and Qt2 of the temperature sensor circuit 30 can also be manufactured in the same process as the bipolar transistor of the analog calculation unit 50.

図5に示すアナログ演算部50はCMOSプロセスで作られる上述のバイポーラトランジスタを用いて構成される。アナログ演算部50は水晶振動子が2次曲線の周波数温度特性を有する場合についての例を示している。当該温度特性に対する補償は例えば、可変容量キャパシタCを(T−T0)の2次関数で増加させたときの発振周波数fの変化によって近似的に行うことが可能であり、本実施形態では当該構成例を説明する。 The analog operation unit 50 shown in FIG. 5 is configured using the above-described bipolar transistor made by a CMOS process. The analog calculation unit 50 shows an example of a case where the crystal resonator has a frequency temperature characteristic of a quadratic curve. The compensation for the temperature characteristic can be performed approximately by changing the oscillation frequency f when the variable capacitor CV is increased by a quadratic function of (T−T0). A configuration example will be described.

演算回路32は正電圧電源V(温度センサ回路30と同じVddとすることができる)とグランドGNDとの間に形成される。アナログ演算部50は4つのトランジスタQ1〜Q4を有する。上述のように各トランジスタQ1〜Q4のコレクタは接地される。また、Q1,Q3のベースも接地される。一方、Q2のベースはQ1のエミッタに接続され、Q4のベースはQ3のエミッタに接続される。 The arithmetic circuit 32 is formed between the positive voltage power source V + (which can be set to the same Vdd as the temperature sensor circuit 30) and the ground GND. The analog calculation unit 50 includes four transistors Q1 to Q4. As described above, the collectors of the transistors Q1 to Q4 are grounded. The bases of Q1 and Q3 are also grounded. On the other hand, the base of Q2 is connected to the emitter of Q1, and the base of Q4 is connected to the emitter of Q3.

トランジスタQ1〜Q3は演算回路32における演算の入力となる入力電流を当該演算回路32の外部から供給される入力トランジスタに相当し、Q4は演算回路32における演算結果となる出力電流を与える出力トランジスタに相当する。各トランジスタQ1〜Q4のコレクタは上述のようにp−sub60であり、共通の電位GNDに設定される。そのため、各トランジスタQ1〜Q4のコレクタは入力電流の供給や出力電流の取り出しには利用することができないという制約を課される。   Transistors Q1 to Q3 correspond to an input transistor supplied from outside the arithmetic circuit 32 as an input current that is input to the arithmetic circuit 32, and Q4 is an output transistor that provides an output current that is an arithmetic result in the arithmetic circuit 32. Equivalent to. The collectors of the transistors Q1 to Q4 are the p-sub 60 as described above, and are set to the common potential GND. For this reason, there is a restriction that the collectors of the transistors Q1 to Q4 cannot be used for supplying the input current or extracting the output current.

ここで、Q1〜Q4は全てpnp型であり、このように同じタイプのトランジスタで構成されるトランスリニアループ上には、ダイオードの向きが正方向であるトランジスタのエミッタと逆方向であるトランジスタのエミッタとを接続する個所が生じる。   Here, Q1 to Q4 are all pnp type, and on the translinear loop constituted by transistors of the same type in this way, the emitter of the transistor whose direction of the diode is the reverse direction to the emitter of the transistor whose direction is the forward direction. There is a place to connect the.

本実施形態では、Q2とQ4との接続が当該個所に当たる。Q2のエミッタとQ4のエミッタとが自律的に同電位になる構成であれば、トランジスタQ1〜Q4はトランスリニアループを構成する。これに対して、アナログ演算部50はQ2のエミッタとQ4のエミッタとの間を分断し、それらの電位関係は当該ループ外から制御される点で本来のトランスリニアループと相違している。この相違ゆえ、ここではトランジスタQ1〜Q4及びその制御機構を準トランスリニアループと称することにする。この準トランスリニアループはトランスリニアループの接続を分断した個所に電位比較回路54を接続する改変を施した回路構成(改変ループ回路)となっている。電位比較回路54は、当該分断個所の両側の電位を比較してその結果に応じた比較出力を生成する。   In the present embodiment, the connection between Q2 and Q4 corresponds to this point. If the emitter of Q2 and the emitter of Q4 are autonomously set to the same potential, the transistors Q1 to Q4 constitute a translinear loop. On the other hand, the analog operation unit 50 divides between the emitter of Q2 and the emitter of Q4, and their potential relationship is different from the original translinear loop in that it is controlled from outside the loop. Because of this difference, the transistors Q1 to Q4 and their control mechanism are referred to as quasi-translinear loops. This quasi-translinear loop has a circuit configuration (modified loop circuit) in which the potential comparison circuit 54 is modified at a location where the connection of the translinear loop is divided. The potential comparison circuit 54 compares the potentials on both sides of the divided part and generates a comparison output according to the result.

アナログ演算部50はトランジスタQ1〜Q3のエミッタに入力電流を供給する電流入力手段として電流源I1〜I3を有する。図5に示す回路では、電流源I1及びI2はそれぞれ温度センサ回路30から得られる温度電流IxをトランジスタQ1,Q2のエミッタに供給する。また、電流源I3は温度センサ回路30から得られる基準電流IrをトランジスタQ3のエミッタに供給する。   The analog calculation unit 50 includes current sources I1 to I3 as current input means for supplying an input current to the emitters of the transistors Q1 to Q3. In the circuit shown in FIG. 5, the current sources I1 and I2 supply the temperature current Ix obtained from the temperature sensor circuit 30 to the emitters of the transistors Q1 and Q2, respectively. The current source I3 supplies the reference current Ir obtained from the temperature sensor circuit 30 to the emitter of the transistor Q3.

一方、トランジスタQ4のエミッタには後述する試行値Ntに応じた大きさの試行電流Itを生成し供給する試行電流生成手段として電流DAC52が接続される。トランジスタQ4のエミッタにはさらに電流2Ixを供給する電流源I4及び、電流Irを供給する電流源I5が接続される。電流DAC52及び電流源I4はそれぞれ電流It,2IxをQ4のエミッタからベースへ向かうように供給し、電流源I5はそれらとは逆向きに電流Irを供給する。その結果、Q4に流れる電流は(2Ix−Ir+It)となる。   On the other hand, a current DAC 52 is connected to the emitter of the transistor Q4 as trial current generating means for generating and supplying a trial current It having a magnitude corresponding to a trial value Nt described later. The emitter of the transistor Q4 is further connected to a current source I4 that supplies a current 2Ix and a current source I5 that supplies a current Ir. The current DAC 52 and the current source I4 supply currents It and 2Ix from the emitter of Q4 to the base, respectively, and the current source I5 supplies the current Ir in the opposite direction. As a result, the current flowing through Q4 is (2Ix-Ir + It).

ここでQ2のエミッタとQ4のエミッタとが自律的に同電位になる構成であれば、トランジスタQ1〜Q4は、
Ix=Ir・(2Ix−Ir+Iout) ・・・・・・(4)
なるアナログ演算を行うトランスリニアループを形成し、図5では電流DAC52が接続される端子に演算結果として次式で表される電流Ioutが得られる。
Iout=(Ix−Ir)/Ir ・・・・・・(5)
If the emitter of Q2 and the emitter of Q4 are autonomously set to the same potential, the transistors Q1 to Q4 are
Ix 2 = Ir (2Ix-Ir + Iout) (4)
In FIG. 5, a current lout represented by the following equation is obtained as a calculation result at a terminal to which the current DAC 52 is connected.
Iout = (Ix−Ir) 2 / Ir (5)

これに対して演算回路32では、制御回路56が電位比較回路54の出力に基づいて電流DAC52を制御し、本来のトランスリニアループが表現する上記(4)式の演算についてその演算結果をデジタル値で出力する。制御回路56は演算結果を表すデジタルデータである演算値として想定した値を設定し、その値が演算値であるか否かを評価し、その値が演算値でない場合は、値を変えて評価を繰り返して演算値を探索する。ここでは演算値として試しに設定する値を試行値と呼ぶ。   On the other hand, in the arithmetic circuit 32, the control circuit 56 controls the current DAC 52 based on the output of the potential comparison circuit 54, and the arithmetic result is expressed as a digital value for the arithmetic expression (4) expressed by the original translinear loop. To output. The control circuit 56 sets a value assumed as a calculation value which is digital data representing the calculation result, evaluates whether the value is a calculation value, and if the value is not a calculation value, changes the value and evaluates it. To search for the calculated value. Here, a value to be set as a trial as an operation value is referred to as a trial value.

具体的には、制御回路56は試行値Ntを生成し、電流DAC52に入力する。電流DAC52は試行値に相当する電流(試行電流)Itを生成し、出力トランジスタQ4のエミッタに供給する。ここで、試行電流Itは電流DAC52の離散化電流(1LSB当たりの電流)をΔIとして次式で与えられる。
It=Nt・ΔI ・・・・・・(6)
Specifically, the control circuit 56 generates a trial value Nt and inputs it to the current DAC 52. The current DAC 52 generates a current (trial current) It corresponding to the trial value and supplies it to the emitter of the output transistor Q4. Here, the trial current It is given by the following equation, where ΔI is a discretization current (current per 1 LSB) of the current DAC 52.
It = Nt · ΔI (6)

試行電流Itが(5)式で表されるIoutに等しければ、準トランスリニアループは(4)式のトランスリニア原理が成立した状態と同じ状態とみなせる。すなわち、本来のトランスリニアループと均等な状態が実現され、Q4のエミッタ電位VαとQ2のエミッタ電位Vβとは平衡状態となる。一方、ItがIoutより少なければ、Q4のベース−エミッタ間電圧VBEがトランスリニアループより小さくなり、VαはVβより低くなり、逆にItがIoutより多ければ、VαはVβより高くなる。 If the trial current It is equal to Iout expressed by the equation (5), the quasi-translinear loop can be regarded as the same state as the state where the translinear principle of the equation (4) is established. That is, a state equivalent to the original translinear loop is realized, and the emitter potential Vα of Q4 and the emitter potential Vβ of Q2 are in an equilibrium state. On the other hand, the less It is than Iout, based Q4 - emitter voltage V BE is smaller than the translinear loop, V.alpha is lower than V?, It conversely if the amount exceeds Iout, V.alpha is higher than V?.

電位比較回路54はこのVαとVβとを入力されその比較出力を生成し、制御回路56は比較出力からVαとVβとの平衡状態に対応した試行値を検出し、これを演算結果とし、容量制御値Dcntとして演算回路32から可変容量キャパシタCへ出力する。 The potential comparison circuit 54 receives the Vα and Vβ and generates a comparison output thereof. The control circuit 56 detects a trial value corresponding to the equilibrium state of Vα and Vβ from the comparison output, and uses this as a calculation result to determine the capacitance. The control value Dcnt is output from the arithmetic circuit 32 to the variable capacitor CV .

演算回路32はトランスリニア原理を用いているが、バイポーラプロセスやBi−CMOSプロセスではなく標準的なCMOSプロセスで製造可能である。すなわち、電流DAC52、電位比較回路54、制御回路56だけでなく、トランスリニア原理にかかわるバイポーラトランジスタQ1〜Q4も上述のようにCMOSプロセスで作製される。よって、演算回路32、又は温度センサ回路30を含めた温度補償部28を内蔵するIC、さらには温度補償部28及び可変容量キャパシタCを内蔵するICをCMOSプロセスで製造可能とし、バイポーラプロセスで製造するICと比較して消費電力の低減、集積密度向上及び製造コストの低減を図ることが可能となる。 The arithmetic circuit 32 uses the translinear principle, but can be manufactured by a standard CMOS process instead of a bipolar process or a Bi-CMOS process. That is, not only the current DAC 52, the potential comparison circuit 54, and the control circuit 56 but also the bipolar transistors Q1 to Q4 related to the translinear principle are manufactured by the CMOS process as described above. Therefore, an IC including the temperature compensation unit 28 including the arithmetic circuit 32 or the temperature sensor circuit 30, and an IC including the temperature compensation unit 28 and the variable capacitor CV can be manufactured by a CMOS process, Compared with an IC to be manufactured, it is possible to reduce power consumption, improve integration density, and reduce manufacturing costs.

ちなみに、アナログ量に関する演算は、上述したトランスリニア回路のようなアナログ演算回路の他、デジタル演算回路を用いて行うこともできる。デジタル演算回路を用いる構成では、アナログ信号である入力信号をA/D変換器(ADC:Analog-to-Digital Converter)でデジタルデータに変換してデジタル演算回路に入力する。   Incidentally, the calculation relating to the analog quantity can be performed using a digital arithmetic circuit in addition to the analog arithmetic circuit such as the above-described translinear circuit. In a configuration using a digital arithmetic circuit, an input signal which is an analog signal is converted into digital data by an A / D converter (ADC: Analog-to-Digital Converter) and input to the digital arithmetic circuit.

但し、デジタル演算の演算精度はADCの分解能に影響される。特に、非線形な関数の演算ではADCによる量子化誤差の影響も非線形となるので、ADCの分解能を設定するに際して単に所要精度だけでなく、関数の次数、入力信号の範囲を考慮する必要がある。例えば、入力データxのべき乗を含む関数演算にて所定の精度を得ようとした場合、xが大きいほど、またxの次数が高いほどxの量子化誤差を小さくする必要がありADCの負担が重くなる。また入力データのビット数の増加はデジタル演算回路の負担も大きくする。   However, the calculation accuracy of digital calculation is affected by the resolution of the ADC. In particular, in the calculation of a nonlinear function, the influence of the quantization error due to the ADC is also nonlinear. Therefore, when setting the resolution of the ADC, it is necessary to consider not only the required accuracy but also the order of the function and the range of the input signal. For example, when it is attempted to obtain a predetermined accuracy by a function calculation including a power of input data x, it is necessary to reduce the quantization error of x as x increases and the order of x increases. Become heavier. An increase in the number of input data bits also increases the burden on the digital arithmetic circuit.

一方、アナログ演算回路を用いる構成では、演算はアナログ信号処理で行われる。すなわち、入力信号はアナログ信号のままアナログ演算回路に入力され、アナログ演算回路は演算結果に相当する電圧、電流等の物理量を生成する。よって、この構成では、入力信号のA/D変換に伴う問題は生じない。   On the other hand, in the configuration using the analog arithmetic circuit, the arithmetic is performed by analog signal processing. That is, the input signal is input to the analog arithmetic circuit as an analog signal, and the analog arithmetic circuit generates a physical quantity such as voltage and current corresponding to the arithmetic result. Therefore, this configuration does not cause a problem associated with A / D conversion of the input signal.

演算回路32は(5)式で表されるような非線形な演算をアナログ演算回路の上記利点を有しつつCMOSプロセスによって半導体装置として構成可能である。   The arithmetic circuit 32 can be configured as a semiconductor device by a CMOS process while performing the non-linear arithmetic operation expressed by the equation (5) while having the above advantages of the analog arithmetic circuit.

ここでパラメータAxを用いΔIを
ΔI=Ir/Ax ・・・・・・(7)
と表し、また離散化誤差を無視すれば、演算回路32が出力する容量制御値Dcntは、
Dcnt=Ax{(Ix−Ir)/Ir} ・・・・・・(8)
と表される。上述のように温度T0にてIr=Ixとなるように設定しているので、Dcntは温度T0にてDcnt=0となり、またDcntは(T−T0)に比例する。
Here, using the parameter Ax, ΔI is changed to ΔI = Ir / Ax (7)
If the discretization error is ignored, the capacity control value Dcnt output from the arithmetic circuit 32 is
Dcnt = Ax {(Ix-Ir) / Ir} 2 (8)
It is expressed. As described above, since Ir = Ix is set at the temperature T0, Dcnt becomes Dcnt = 0 at the temperature T0, and Dcnt is proportional to (T−T0) 2 .

図7は振動子ユニット20における容量制御値Dcntに基づく周波数温度補償の原理を説明する模式図である。同図において横軸が温度Tである。縦軸は周波数fであり、左側は水晶振動子Xtalの発振周波数fであり、水晶振動子Xtalの2次関数の周波数温度特性曲線70に対応している。この温度特性は可変容量キャパシタCを設けない(すなわちC=0)状態での発振周波数fを示しており、頂点温度T0を中心として設定される温度補償範囲[T0−ΔT,T0+ΔT]にて目標発振周波数f以上になるように設計されている。具体的には、温度T0−ΔT,T0+ΔTにてf=fとし、温度T0での発振周波数fの極大値をf+ΔfMAXと表す。 FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the principle of frequency temperature compensation based on the capacity control value Dcnt in the vibrator unit 20. In the figure, the horizontal axis is the temperature T. The vertical axis represents the frequency f, the left side represents the oscillation frequency f of the crystal resonator Xtal, and corresponds to the frequency-temperature characteristic curve 70 of the quadratic function of the crystal resonator Xtal. This temperature characteristic indicates the oscillation frequency f in a state where the variable capacitor C V is not provided (that is, C V = 0), and the temperature compensation range [T0−ΔT, T0 + ΔT] set around the vertex temperature T0. It is designed to be equal to or greater than the target oscillation frequency f a Te. Specifically, f = f A at temperatures T0−ΔT and T0 + ΔT, and the maximum value of the oscillation frequency f at temperature T0 is expressed as f A + Δf MAX .

一方、右側の縦軸は可変容量キャパシタCによる発振周波数fの変化量Δfを示している。当該Δfは発振回路22の負荷容量Cの一部となるCを変化させたときの発振周波数の変化量であり、C=0での周波数を基準としている。 On the other hand, the vertical axis on the right side shows the amount of change Δf of the oscillation frequency f due to the variable capacitor CV . The Δf is the amount of change in the oscillation frequency when changing the C V as a part of the load capacitance C L of the oscillating circuit 22 are based on the frequency at C V = 0.

上述したように可変容量キャパシタCは、スイッチ素子swをオンして要素キャパシタcを並列接続した容量値に設定される。スイッチ素子swはバイナリ表現のDcntにて値が“0”であるビットに対応するものがオンされる。上述のようにDcntは(T−T0)に比例することから、Cは温度T0にて極大値(2−1)cuとなる温度Tの2次関数に従う。この構成は、いわゆる1の補数によって簡易的に減算を行うことに相当する。 As described above, the variable capacitor CV is set to a capacitance value in which the switch element sw i is turned on and the element capacitors c i are connected in parallel. The switch element sw i corresponding to the bit whose value is “0” in the binary representation Dcnt is turned on. Dcnt as described above is proportional to (T-T0) 2, C V follows a quadratic function of the temperature T as a maximum value (2 M -1) cu at a temperature T0. This configuration corresponds to a simple subtraction using a so-called 1's complement.

例えば、パラメータAxは温度補償範囲の両端、つまり温度T0−ΔT,T0+ΔTにてCを表す2次関数がCの最小値0となるように設定する。この場合、温度T0−ΔT,T0+ΔTでのΔfは0となる。図7はこのように温度に対して変化させるCに対応したΔfの変化を周波数補正量曲線72として示している。 For example, the parameter Ax is set so that a quadratic function representing CV at both ends of the temperature compensation range, that is, temperatures T0−ΔT, T0 + ΔT, becomes a minimum value 0 of CV . In this case, Δf at temperatures T0−ΔT and T0 + ΔT is zero. FIG. 7 shows a change in Δf corresponding to CV that changes with temperature in this way as a frequency correction amount curve 72.

周波数補正量曲線72は温度T0に極小点を有する下に凸の関数となる。よって、温度補償部28及び可変容量キャパシタCによる周波数補正を行うことで、上に凸の2次関数である周波数温度特性曲線70の温度補償範囲における目標発振周波数fからの超過分が好適に相殺される。すなわち、図7に示す補正後の特性曲線74のように、温度補償範囲にて振動子ユニット20が発振回路22にもたらす発振周波数fを目標発振周波数f又はその近傍値に維持できる。 The frequency correction amount curve 72 is a downward convex function having a minimum point at the temperature T0. Therefore, by performing the frequency correction by the temperature compensation unit 28 and the variable capacitor CV, an excess from the target oscillation frequency f A in the temperature compensation range of the frequency temperature characteristic curve 70 that is a convex quadratic function is suitable. Is offset by That is, as shown in the corrected characteristic curve 74 shown in FIG. 7, the oscillation frequency f that the vibrator unit 20 brings to the oscillation circuit 22 within the temperature compensation range can be maintained at the target oscillation frequency f A or a value near it.

ここで、水晶振動子の発振周波数fは製造誤差を有する可能性があり、T=T0での当該fの値f+ΔfMAXも誤差でばらつき得る。これに対応して、可変容量キャパシタCによる発振周波数fのT=T0での補正量ΔfMAXを個別に調整可能とする構成が好ましい。具体的には容量値Cにオフセット量を加えられる構成とし、T=T0にて当該オフセット量を含んだCにより、周波数温度特性曲線70の温度補償範囲における目標発振周波数fからの超過分が相殺されるようにする。例えば、可変容量キャパシタCを、Dcnt=0での設定値がオフセット調整の容量値の幅分だけマージンを有した大きな値となるように構成する。そして、振動子ごとの個別調整ではDcntに加算するオフセット値を調整してCを下げ、T=T0での周波数fの超過分が好適に相殺されるように当該オフセット値を求める。このオフセット値は例えば、振動子ユニット20に不揮発メモリに内蔵してこれに記憶させ、電源投入時に読み出す構成とすることができる。 Here, the oscillation frequency f of the crystal resonator may have a manufacturing error, and the value f A + Δf MAX of the f at T = T0 may vary due to the error. Correspondingly, it is preferable that the correction amount Δf MAX can be individually adjusted at T = T0 of the oscillation frequency f by the variable capacitor CV . Specifically a configuration for adding the offset amount to the capacitance value C V, by including the offset amount at T = T0 C V, excess from the target oscillation frequency f A in the temperature compensation range of frequency-temperature characteristic curve 70 So that the minutes are offset. For example, the variable capacitor CV is configured such that the set value when Dcnt = 0 is a large value having a margin corresponding to the width of the capacitance value for offset adjustment. In the individual adjustment for each transducer, the offset value to be added to Dcnt is adjusted to lower CV, and the offset value is obtained so that the excess of the frequency f at T = T0 is preferably offset. For example, the offset value can be stored in the vibrator unit 20 in a nonvolatile memory and read when the power is turned on.

また、振動子の周波数温度特性の2次係数は製造ロットなどで変動する可能性がある。これに対応して、2次関数補正する場合の2次係数を個別に調整可能とする構成が好ましい。(8)式から理解されるようにAxが当該2次係数に相当し、またAxは(7)式に示されるようにΔIとIrとの比である。よって、Irを基準としてΔIを得る際の比率を何通りかの中から選択できるような構成として、Axを切り替えられるようにすることができる。このAxの設定も不揮発メモリに記憶しておき、電源投入時に読み出す構成とすることができる。   Further, the second-order coefficient of the frequency temperature characteristic of the vibrator may vary depending on the production lot. Corresponding to this, it is preferable to be able to individually adjust the secondary coefficients when correcting the quadratic function. As understood from the equation (8), Ax corresponds to the second-order coefficient, and Ax is a ratio between ΔI and Ir as shown in the equation (7). Therefore, Ax can be switched as a configuration in which a ratio for obtaining ΔI with Ir as a reference can be selected from several ways. The setting of Ax can also be stored in a nonvolatile memory and read when the power is turned on.

なお、上述の説明では本発明の本質を理解容易とするために、水晶振動子Xtalの周波数温度特性を2次関数とし、またアナログ演算として(4)式又は(5)式で示される比較的簡単な例を示した。しかし、周波数温度特性は3次関数等の他の関数であっても、それに応じたアナログ演算を設計することで発振周波数の温度補正を行うことができる。また、上述の2次関数の特性に対してもアナログ演算部50の回路構成を変えて、より高精度の補正がなされるアナログ演算とすることもできる。   In the above description, in order to facilitate understanding of the essence of the present invention, the frequency temperature characteristic of the crystal unit Xtal is a quadratic function, and an analog calculation is relatively represented by the equation (4) or (5). A simple example is shown. However, even if the frequency temperature characteristic is another function such as a cubic function, the temperature correction of the oscillation frequency can be performed by designing an analog operation corresponding to the function. In addition, it is also possible to change the circuit configuration of the analog calculation unit 50 to the above-described quadratic function characteristics to perform analog calculation with higher accuracy correction.

図8は電位比較回路54及び制御回路56の構成の一例を示す模式的なブロック図である。電位比較回路54はコンパレータ80を用いる。制御回路56は、クロックパルス生成回路82、カウンタ84、データラッチ回路86及びタイミングジェネレータ88を有する。また、図9は図8に示す回路の概略のタイミング図である。   FIG. 8 is a schematic block diagram showing an example of the configuration of the potential comparison circuit 54 and the control circuit 56. The potential comparison circuit 54 uses a comparator 80. The control circuit 56 includes a clock pulse generation circuit 82, a counter 84, a data latch circuit 86, and a timing generator 88. FIG. 9 is a schematic timing chart of the circuit shown in FIG.

タイミングジェネレータ88は、振動子ユニット20の端子Ntgに入力されるトリガ信号TRGのパルス100を受けて、温度補償部28の各部の動作制御を開始する。例えば、タイミングジェネレータ88は、トリガパルス100の立ち上がりに同期してイネーブル信号(enable)をHレベルとする。   The timing generator 88 receives the pulse 100 of the trigger signal TRG input to the terminal Ntg of the vibrator unit 20 and starts operation control of each part of the temperature compensation unit 28. For example, the timing generator 88 sets the enable signal (enable) to the H level in synchronization with the rising edge of the trigger pulse 100.

イネーブル信号は温度センサ回路30及びクロックパルス生成回路82に入力され、これら回路はイネーブル信号がHレベルの期間、動作する。例えば、クロックパルス生成回路82はイネーブル信号がHレベルになると発振動作を開始し、所定周期でクロックパルスを発生する。   The enable signal is input to the temperature sensor circuit 30 and the clock pulse generation circuit 82, and these circuits operate while the enable signal is at the H level. For example, the clock pulse generation circuit 82 starts an oscillation operation when the enable signal becomes H level, and generates clock pulses at a predetermined cycle.

ここで、クロックパルス生成回路82は水晶振動子Xtalとは独立して動作する。すなわち、クロックパルス生成回路82は水晶振動子Xtalを用いずに発振し、水晶振動子Xtalの発振周波数とは独立した周波数でクロックパルスを生成する。クロックパルス生成回路82が生成するクロックパルスは後述するように、試行値Ntを変更して容量制御値Dcntを探索する動作に使われるものであり、発振回路22の発振周波数に影響しないので、特段の精度は要求されず、例えば、RC発振回路やリングオシレータ等、IC上に形成可能な回路を用いて構成することができる。   Here, the clock pulse generation circuit 82 operates independently of the crystal resonator Xtal. That is, the clock pulse generation circuit 82 oscillates without using the crystal resonator Xtal, and generates a clock pulse at a frequency independent of the oscillation frequency of the crystal resonator Xtal. As will be described later, the clock pulse generated by the clock pulse generation circuit 82 is used for the operation of searching the capacitance control value Dcnt by changing the trial value Nt, and does not affect the oscillation frequency of the oscillation circuit 22. However, it can be configured using a circuit that can be formed on an IC, such as an RC oscillation circuit or a ring oscillator.

また、クロックパルス生成回路82の周波数は上述のように水晶振動子Xtalとは独立して設定することができ、例えば、水晶振動子Xtalよりも高い周波数に設定して温度補償部28を高速に動作させることができる。容量制御値Dcntが得られるまでの試行回数はクロックパルスの周波数によって変わらないが、当該周波数を上げることで各試行での試行電流Itの供給時間や、アナログ演算部50を動作させて行う演算時間が短くなる。すなわち、アナログ演算部50や電流DAC52における電流供給時間が短くなることにより消費電力が低減される。   Further, the frequency of the clock pulse generation circuit 82 can be set independently of the crystal resonator Xtal as described above. For example, the frequency is set to a frequency higher than that of the crystal resonator Xtal so that the temperature compensation unit 28 is operated at high speed. It can be operated. The number of trials until the capacitance control value Dcnt is obtained does not change depending on the frequency of the clock pulse. However, the trial current It is supplied for each trial by increasing the frequency, and the computation time is performed by operating the analog computation unit 50. Becomes shorter. That is, power consumption is reduced by shortening the current supply time in the analog arithmetic unit 50 and the current DAC 52.

コンパレータ80はアナログ演算部50の電位Vα及びVβを入力され、それらの大小関係に応じて、HレベルとLレベルとの2種類の電位のいずれかを出力する。ここでは、コンパレータ80は比較出力Vcmpとして、Vα>VβのときHレベルを出力し、Vα≦VβのときLレベルを出力する。   The comparator 80 receives the potentials Vα and Vβ of the analog computing unit 50, and outputs one of two types of potentials of H level and L level according to the magnitude relationship between them. Here, as the comparison output Vcmp, the comparator 80 outputs an H level when Vα> Vβ, and outputs an L level when Vα ≦ Vβ.

比較出力Vcmpはタイミングジェネレータ88にストップ信号(stop)として入力され、温度補償部28の動作を停止させるタイミングの検知に用いられる。また比較出力Vcmpはクロックパルス生成回路82の出力クロックと共にAND回路90に入力される。   The comparison output Vcmp is input to the timing generator 88 as a stop signal (stop), and is used to detect the timing at which the operation of the temperature compensation unit 28 is stopped. The comparison output Vcmp is input to the AND circuit 90 together with the output clock of the clock pulse generation circuit 82.

AND回路90は、VcmpがHレベルのとき、クロックパルス生成回路82からのクロックに同期してカウントパルス(count)を出力する。   The AND circuit 90 outputs a count pulse (count) in synchronization with the clock from the clock pulse generation circuit 82 when Vcmp is at the H level.

カウンタ84はトリガパルス100の入力に同期してタイミングジェネレータ88が出力する初期化信号(init)のパルス102を入力されると、カウント値を初期値に設定する。本実施形態では、カウンタ84はカウントダウンする構成とし、初期値は(2−1)に設定され、AND回路90からパルスを入力されるごとにカウント値を1ずつ減じる。 When the counter 84 receives the pulse 102 of the initialization signal (init) output from the timing generator 88 in synchronization with the input of the trigger pulse 100, the counter 84 sets the count value to the initial value. In this embodiment, the counter 84 is configured to count down, the initial value is set to (2 M −1), and the count value is decremented by 1 each time a pulse is input from the AND circuit 90.

カウンタ84のカウント値は電流DAC52に試行値Ntとして入力されると共に、データラッチ回路86へも出力される。   The count value of the counter 84 is input to the current DAC 52 as the trial value Nt and also output to the data latch circuit 86.

データラッチ回路86は、タイミングジェネレータ88から更新信号(update)のパルス104を入力されると、そのとき入力されるカウント値でラッチ内容を書き換えて当該内容を保持する。タイミングジェネレータ88は、ストップ信号として入力される比較出力VcmpがLレベルとなるとパルス104を生成する。後述するように、演算結果が得られたタイミングでVcmpはHレベルからLレベルに切り替わるので、データラッチ回路86には容量制御値Dcntがラッチされ、データラッチ回路86はラッチしたデータのM個のビット値を表すHレベル又はLレベルの電位を並列に出力し、可変容量キャパシタCのM個のスイッチSWへ印加する。この構成では、タイミングジェネレータ88が比較出力Vcmpの変化を検出し、当該変化時に対応した試行値Ntを容量制御値Dcntとする判定回路として機能する。 When the update latch (update) pulse 104 is input from the timing generator 88, the data latch circuit 86 rewrites the latch content with the count value input at that time and holds the content. The timing generator 88 generates a pulse 104 when the comparison output Vcmp input as a stop signal becomes L level. As will be described later, Vcmp is switched from the H level to the L level at the timing when the operation result is obtained. Therefore, the capacity control value Dcnt is latched in the data latch circuit 86, and the data latch circuit 86 stores the M pieces of latched data. An H level or L level potential representing the bit value is output in parallel and applied to the M switches SW i of the variable capacitor C V. In this configuration, the timing generator 88 functions as a determination circuit that detects a change in the comparison output Vcmp and sets the trial value Nt corresponding to the change as the capacitance control value Dcnt.

上記構成では、カウンタ84のカウントダウン動作により、電流DAC52からQ4へ供給される試行電流ItはΔIずつ減少する。それと共に、Q4のVBEは順次減少し、Vαは順次低下する。カウントダウンの開始時には基本的にVα>Vβであり、カウントダウンが進むにつれてVαはVβに近づく。この状態では比較出力VcmpはHレベルである。さらにカウントダウンが進み、(5)式で表されるIoutに対してIt≦IoutとなるとVα≦Vβとなり、比較出力VcmpはLレベルに切り替わる。 In the above configuration, the trial current It supplied from the current DAC 52 to Q4 decreases by ΔI by the count-down operation of the counter 84. At the same time, V BE of Q4 decreases sequentially, and Vα decreases sequentially. Basically, Vα> Vβ at the start of the countdown, and Vα approaches Vβ as the countdown proceeds. In this state, the comparison output Vcmp is at the H level. Further, the countdown further proceeds. When It ≦ Iout with respect to Iout represented by the equation (5), Vα ≦ Vβ is established, and the comparison output Vcmp is switched to the L level.

当該VcmpのLレベルへの遷移はアナログ演算の終了を意味し、AND回路90からのカウントパルス(count)の出力が停止され、タイミングジェネレータ88は終了信号(end)に所定幅のパルス106を生成する。このパルス106の期間内にタイミングジェネレータ88は更新信号のパルス104を生成する。パルス106の幅は当該パルス104の生成等、温度補償部28の停止動作に必要な時間に応じて設定され、イネーブル信号の立ち下がりを演算終了からずらす。すなわち、演算終了からパルス106の期間内はクロックパルス生成回路82に温度補償部28のロジック回路の動作に必要なクロックを生成させる。パルス106が立ち下がるとイネーブル信号がLレベルに切り換えられ、温度センサ回路30及びクロックパルス生成回路82が停止し、温度補償部28の動作が停止する。   The transition of the Vcmp to the L level means the end of the analog operation, the output of the count pulse (count) from the AND circuit 90 is stopped, and the timing generator 88 generates a pulse 106 having a predetermined width as the end signal (end). To do. Within the period of this pulse 106, the timing generator 88 generates a pulse 104 of the update signal. The width of the pulse 106 is set according to the time required for the stop operation of the temperature compensation unit 28 such as generation of the pulse 104, and the falling edge of the enable signal is shifted from the end of the calculation. That is, the clock pulse generation circuit 82 is caused to generate a clock necessary for the operation of the logic circuit of the temperature compensation unit 28 within the period of the pulse 106 from the end of the calculation. When the pulse 106 falls, the enable signal is switched to the L level, the temperature sensor circuit 30 and the clock pulse generation circuit 82 are stopped, and the operation of the temperature compensation unit 28 is stopped.

このように温度補償部28は間欠的にしか動作しないので消費電力が低減され、また上述のように温度補償部28を駆動するクロックを高速にして各回の動作での消費電力を低減できる。なお、図2に示す可変容量キャパシタCも基本的に電力を消費しない。 As described above, since the temperature compensation unit 28 operates only intermittently, the power consumption is reduced. Further, as described above, the clock driving the temperature compensation unit 28 can be increased to reduce the power consumption in each operation. Note that the variable capacitor CV shown in FIG. 2 basically does not consume power.

図1に示したように、本実施形態ではトリガ信号は集積回路24から与えられる。例えば、集積回路24が時計ICである場合、通常、256HzのクロックCKを外部出力する。トリガ信号は当該クロックCKを用いることができる。また、通常、温度変化は比較的緩やかであるので、振動子ユニット20における温度補償動作は例えば1分ごとなど、クロックCKに比べて長い周期で行うことができ、そのように頻度を下げることで、温度補償部28等での一層の消費電力低減が図れる。具体的には、振動子ユニット20に分周回路を設け、端子Ntgに入力されるクロックCKを分周してトリガ信号を生成し温度補償部28に入力する構成とすることができる。   As shown in FIG. 1, in this embodiment, the trigger signal is given from the integrated circuit 24. For example, when the integrated circuit 24 is a clock IC, a 256-Hz clock CK is normally output to the outside. The clock signal CK can be used as the trigger signal. In addition, since the temperature change is usually relatively gradual, the temperature compensation operation in the vibrator unit 20 can be performed in a longer cycle than the clock CK, for example, every minute, and by reducing the frequency as such. Further, power consumption can be further reduced in the temperature compensation unit 28 and the like. Specifically, a frequency dividing circuit may be provided in the vibrator unit 20 to divide the clock CK input to the terminal Ntg to generate a trigger signal and input it to the temperature compensation unit 28.

時計ICが指針駆動用のステップモータを駆動しているものであれば、その駆動用パルスを当該トリガ信号として用いる構成としてもよい。モータ駆動用パルスにはモータ回転一回のために短いパルスを数発連続して送るものがあるが、その場合にはフィルタ処理あるいはマスキングなどの処理をして1発分のトリガとして扱う構成とすることができるし、分周して周期を長くしてもよい。   If the timepiece IC is driving a stepping motor for driving a pointer, the driving pulse may be used as the trigger signal. There are motor drive pulses that send several short pulses continuously for one rotation of the motor. In that case, filter processing or masking is used to handle as a single trigger. It is possible to increase the period by dividing the frequency.

また、振動子ユニット20は、1回起動パルスを入力されると、それ以降、周期的に温度補償動作を行うように構成することもできる。例えば、起動パルスを入力されると水晶振動子Xtalの発振信号を分周して温度補償部28へのトリガパルスを生成する分周回路を振動子ユニット20に備えた構成とすることができる。   The vibrator unit 20 can also be configured to periodically perform a temperature compensation operation after receiving a single activation pulse. For example, the vibrator unit 20 may be provided with a frequency dividing circuit that divides the oscillation signal of the crystal resonator Xtal when a start pulse is input and generates a trigger pulse to the temperature compensation unit 28.

なお、図5に示すアナログ演算部50の回路構成例では、各トランジスタQ1〜Q4のエミッタに電流が流れ込むようにする必要がある。この点、(4)式の右辺第2因子で与えられるトランジスタQ4の電流(2Ix−Ir+Iout)は減算項(−Ir)を含む。このような場合に、Ioutの探索をItが小さい側から行う、つまりカウンタ84をカウントアップする構成とすると、試行過程で電流の向きが逆になる不都合が起こることも考えられる。上述の構成ではこのような懸念への配慮から、カウンタ84をカウントダウンする構成を採用している。しかしながらそのような不都合が起こらない演算内容や温度補償範囲等の条件下では、カウントアップ、カウントダウンのいずれとしてもよい。   In the example of the circuit configuration of the analog operation unit 50 shown in FIG. 5, it is necessary to allow current to flow into the emitters of the transistors Q1 to Q4. In this regard, the current (2Ix−Ir + Iout) of the transistor Q4 given by the second factor on the right side of the equation (4) includes a subtraction term (−Ir). In such a case, if the Iout search is performed from the side with a small It, that is, the counter 84 is counted up, it may be possible that the current direction is reversed during the trial process. In the configuration described above, a configuration in which the counter 84 is counted down is adopted in consideration of such concerns. However, under conditions such as calculation contents and temperature compensation range where such inconvenience does not occur, either count-up or count-down may be performed.

また、制御回路56が二分探索法で試行値Ntを生成し、容量制御値Dcntを探索する構成とすることもできる。   Further, the control circuit 56 may generate the trial value Nt by the binary search method and search for the capacity control value Dcnt.

図10は電位比較回路54及び制御回路56の構成の他の例を示す模式的な回路図である。電位比較回路54はV/I変換回路120を用いる。制御回路56はキャパシタCCH1、スイッチSWCH1、ヒステリシスコンパレータ122、カウンタ84、データラッチ回路86、平衡検出回路128及びタイミングジェネレータ130を有する。また、図11は図10に示す回路の概略のタイミング図である。 FIG. 10 is a schematic circuit diagram showing another example of the configuration of the potential comparison circuit 54 and the control circuit 56. The potential comparison circuit 54 uses the V / I conversion circuit 120. The control circuit 56 includes a capacitor C CH1 , a switch SW CH1 , a hysteresis comparator 122, a counter 84, a data latch circuit 86, a balance detection circuit 128, and a timing generator 130. FIG. 11 is a schematic timing chart of the circuit shown in FIG.

V/I変換回路120はトランスコンダクタンスアンプ(OTA:Operational Transconductance Amplifier)で構成され、差動入力端子(+)及び(−)への入力電圧ΔVに応じた電流Icmpを出力する。具体的にはトランスコンダクタンスをgmで表すと、
Icmp=gm・ΔV
である。当該電流Icmpが電位比較回路54の比較出力となる。差動入力端子(+)は電位Vαを入力され、差動入力端子(−)は電位Vβを入力され、
ΔV=Vα−Vβ
である。
The V / I conversion circuit 120 includes a transconductance amplifier (OTA) and outputs a current Icmp corresponding to the input voltage ΔV to the differential input terminals (+) and (−). Specifically, when transconductance is expressed in gm,
Icmp = gm · ΔV
It is. The current Icmp becomes a comparison output of the potential comparison circuit 54. The differential input terminal (+) receives a potential Vα, the differential input terminal (−) receives a potential Vβ,
ΔV = Vα−Vβ
It is.

キャパシタCCH1はV/I変換回路120の出力端と接地GNDとの間に接続され、電流Icmpを充電する。 The capacitor CCH1 is connected between the output terminal of the V / I conversion circuit 120 and the ground GND, and charges the current Icmp.

スイッチSWCH1はオン状態にて選択的にキャパシタCCH1を放電させる。具体的には、スイッチSWCH1はキャパシタCCH1に並列に接続され、オン状態にてキャパシタCの両端を短絡する。例えば、スイッチSWCH1はMOSトランジスタからなり、ゲートに印加されるヒステリシスコンパレータ122の出力電圧Vschでオン/オフを制御される。ここではスイッチSWCH1はVschがHレベルのときオン状態となり、Lレベルのときオフ状態となる。 The switch SW CH1 selectively discharges the capacitor C CH1 in the on state. Specifically, the switch SW CH1 is connected in parallel to the capacitor C CH1 and shorts both ends of the capacitor C in the on state. For example, the switch SW CH1 is formed of a MOS transistor, and is turned on / off by the output voltage Vsch of the hysteresis comparator 122 applied to the gate. Here, the switch SW CH1 is turned on when Vsch is at H level, and is turned off when Vsch is at L level.

ヒステリシスコンパレータ122はキャパシタCCH1の端子間電圧Vcapを入力され、その出力電圧Vschに応じてスイッチSWCH1のオン/オフ状態を切り換え、キャパシタCCH1の充電/放電を交互に繰り返させる。ヒステリシスコンパレータ122はその2つの閾値VthH,VthLをVthH>VthL>0に設定され、VcapがVthH以上となるとVschをLレベルからHレベルに切り換え、VcapがVthL以下となるとVschをHレベルからLレベルに切り換える。 The hysteresis comparator 122 receives the inter-terminal voltage Vcap of the capacitor C CH1 , switches the ON / OFF state of the switch SW CH1 according to the output voltage Vsch, and alternately repeats charging / discharging of the capacitor C CH1 . The hysteresis comparator 122 sets the two threshold values VthH and VthL to VthH>VthL> 0, and switches Vsch from L level to H level when Vcap becomes VthH or more, and changes Vsch from H level to L level when Vcap becomes VthL or less. Switch to.

平衡検出回路128はヒステリシスコンパレータ122の出力の変化の周期に基づいてVαとVβとの平衡状態への到達を検出する回路である。平衡検出回路128はヒステリシスコンパレータ122からVschを入力され、Vschが所定時間変化しないことを以て電位平衡状態と判定し、出力VeqをHレベルからLレベルに立ち下げる。出力Veqはタイミングジェネレータ130にストップ信号(stop)として入力され、温度補償部28の動作を停止させるタイミングの検知に用いられる。   The balance detection circuit 128 is a circuit that detects the arrival of Vα and Vβ in an equilibrium state based on the period of change in the output of the hysteresis comparator 122. The balance detection circuit 128 receives Vsch from the hysteresis comparator 122, determines that the potential balance is in a state where Vsch does not change for a predetermined time, and lowers the output Veq from the H level to the L level. The output Veq is input to the timing generator 130 as a stop signal (stop), and is used to detect the timing at which the operation of the temperature compensation unit 28 is stopped.

カウンタ84、データラッチ回路86は図8に示したものと同様の構成であり、カウンタ84はタイミングジェネレータ130から初期化パルス102を入力されるとカウント値を初期値(2−1)に設定する。 The counter 84 and the data latch circuit 86 have the same configuration as that shown in FIG. 8. When the initialization pulse 102 is input from the timing generator 130, the counter 84 sets the count value to the initial value (2 M −1). To do.

タイミングジェネレータ130はトリガパルス100の立ち上がりに同期してイネーブル信号(enable)をHレベルとし、これにより温度センサ回路30が動作を開始する。また、タイミングジェネレータ130はトリガパルス100の入力に同期して初期化パルス102を生成しカウンタ84へ出力する。   The timing generator 130 sets the enable signal (enable) to the H level in synchronization with the rising edge of the trigger pulse 100, whereby the temperature sensor circuit 30 starts operating. The timing generator 130 generates an initialization pulse 102 in synchronization with the input of the trigger pulse 100 and outputs it to the counter 84.

容量制御値Dcntの探索開始時にはカウンタ84のカウント値は既に述べたように(2−1)に設定され、基本的にVα>Vβとなり、キャパシタCCH1はV/I変換回路120の出力電流Icmpで充電される。キャパシタCCH1、スイッチSWCH1及びヒステリシスコンパレータ122は発振回路を構成し、ヒステリシスコンパレータ122の出力に周期的にパルスを生じる。 At the start of the search for the capacitance control value Dcnt, the count value of the counter 84 is set to (2 M −1) as described above, basically Vα> Vβ, and the capacitor C CH1 is the output current of the V / I conversion circuit 120. It is charged with Icmp. Capacitor C CH1 , switch SW CH1 and hysteresis comparator 122 constitute an oscillation circuit, and periodically generate a pulse at the output of hysteresis comparator 122.

カウンタ84はヒステリシスコンパレータ122の出力パルスをカウントダウンする。これに、試行値Ntは(2−1)から1ずつ減少し、電流DAC52からQ4へ供給される試行電流ItはΔIずつ減少する。それと共に、Q4のVBEは順次減少し、Vαは順次低下する。カウントダウンが進むにつれてVαはVβに近づき、Icmpは減少する。Icmpが減少するにつれ、キャパシタCCH1の充電に要する時間が長くなってヒステリシスコンパレータ122の出力パルスの周期が長くなり、理想的には最後にVαとVβとが平衡して発振が停止する。この状態での試行値Ntが容量制御値Dcntに相当する。 The counter 84 counts down the output pulse of the hysteresis comparator 122. Accordingly, the trial value Nt is decreased by 1 from (2 M −1), and the trial current It supplied from the current DAC 52 to Q4 is decreased by ΔI. At the same time, V BE of Q4 decreases sequentially, and Vα decreases sequentially. As the countdown proceeds, Vα approaches Vβ, and Icmp decreases. As Icmp decreases, a longer period of the output pulses of the hysteresis comparator 122 becomes longer the time required to charge the capacitor C CH1, ideally Finally the Vα and Vβ are balanced oscillation stops. The trial value Nt in this state corresponds to the capacity control value Dcnt.

実際には、Vαは離散的にしか変えられないので一般には発振は完全には停止せず、またVβに等しいVαを設定できる場合であっても発振の完全な停止までには長い時間がかかり得る。よって、平衡検出回路128は所定の時間定数τを設定され、ヒステリシスコンパレータ122の直近の出力パルスが立ち下がってからの期間がτに達すると電位平衡と判定する。例えば、(Vα−Vβ)の許容値に対するIcmpでの充電の時定数に基づいてτを設定することができる。また、Vαの調整精度は電流DAC52のΔIに依存するので、τもΔIに応じて設定することができる。   In practice, Vα can only be changed discretely, so oscillation generally does not stop completely, and even when Vα equal to Vβ can be set, it takes a long time to completely stop oscillation. obtain. Therefore, the equilibrium detection circuit 128 is set with a predetermined time constant τ, and determines that the potential is balanced when the period after the most recent output pulse of the hysteresis comparator 122 falls reaches τ. For example, τ can be set based on the time constant of charging at Icmp with respect to the allowable value of (Vα−Vβ). Since the adjustment accuracy of Vα depends on ΔI of the current DAC 52, τ can also be set according to ΔI.

例えば、平衡検出回路128は電流源Ich、キャパシタCCH2、スイッチSWCH2及びインバータ132で構成される。キャパシタCCH2は電流源Ichにより充電され、ヒステリシスコンパレータ122の出力パルスでスイッチSWCH2がオンするとキャパシタCCH2は放電される。CCH2やIchの大きさを調節することで充電時定数を設定することができ、放電からキャパシタCCH2の電圧がHレベルに達するまでの時間をτに設定する。これにより、ヒステリシスコンパレータ122の出力パルスが立ち下がってから期間τが経過するとキャパシタCCH2の電圧がHレベルを超え、インバータ132の出力VeqがHレベルからLレベルに遷移する。 For example, the balance detection circuit 128 includes a current source Ich, a capacitor C CH2 , a switch SW CH2 and an inverter 132. The capacitor C CH2 is charged by the current source Ich, and when the switch SW CH2 is turned on by the output pulse of the hysteresis comparator 122, the capacitor C CH2 is discharged. The charging time constant can be set by adjusting the size of C CH2 and Ich, and the time from the discharge until the voltage of the capacitor C CH2 reaches the H level is set to τ. Accordingly, the voltage of the capacitor C CH2 when period τ has elapsed from the output pulse falls in the hysteresis comparator 122 exceeds the H level, the output Veq inverter 132 changes from H level to L level.

なお、平衡検出回路128及びタイミングジェネレータ130は、ヒステリシスコンパレータ122の出力の変化の周期に基づいて電位平衡状態への到達を判定し、当該到達時に対応した試行値Ntを容量制御値Dcntとする判定回路に相当する。   The balance detection circuit 128 and the timing generator 130 determine the arrival of the potential equilibrium state based on the period of change in the output of the hysteresis comparator 122, and determine the trial value Nt corresponding to the arrival as the capacity control value Dcnt. Corresponds to a circuit.

上述したように振動子ユニット20は、それ自体では外部回路で利用される発振信号を生成しない点で、TCXOのような自ら発振動作を常時行ってその発振信号を外部回路へ供給する発振器と基本的に相違する。この点で振動子ユニット20は基本的に発振器と比較して電力を消費しない。また、共振子を接続するように設計された集積回路24に振動子ユニット20を接続して構成される発振回路22は、集積回路24にTCXOなどの発振器を接続した場合とは異なり冗長な回路部分が生じず、さらに当該部分で無駄に電力が消費されない。   As described above, the vibrator unit 20 itself does not generate an oscillation signal used in an external circuit, and the oscillator unit 20 such as TCXO always performs its own oscillation operation and supplies the oscillation signal to the external circuit. Is different. In this respect, the vibrator unit 20 basically does not consume power as compared with the oscillator. Further, the oscillation circuit 22 configured by connecting the vibrator unit 20 to the integrated circuit 24 designed to connect the resonator is a redundant circuit unlike the case where an oscillator such as TCXO is connected to the integrated circuit 24. A portion does not occur, and power is not consumed wastefully in that portion.

振動子ユニット20は単なる水晶振動子からなるものと異なり、周波数特性の温度補償機能を有している。この点で、温度補償部28が電力を消費するが、温度補償部28は常時動作させる必要はなく、比較的長い周期で間欠的に短時間動作させ消費電力の低減を図ることができる。また、温度補償部28が生成する制御量をデジタルデータとし当該データでスイッチを制御して、発振周波数を調節するキャパシタの容量を離散的に切り換える構成は、温度補償された状態を少ない消費電力で維持できる。   Unlike the simple crystal unit, the vibrator unit 20 has a temperature compensation function for frequency characteristics. In this respect, the temperature compensator 28 consumes electric power, but the temperature compensator 28 does not need to be operated at all times, and can be operated intermittently for a short period of time with a relatively long period to reduce power consumption. In addition, the control amount generated by the temperature compensation unit 28 is digital data, and the switch is controlled by the data and the capacitance of the capacitor for adjusting the oscillation frequency is discretely switched, so that the temperature compensated state can be reduced with less power consumption. Can be maintained.

なお、上述の実施形態では、アナログ演算を擬似的なトランスリニアループを用いて行っているが、アナログ演算はトランスリニアループ以外の原理・形態の回路を用いて行ってもよい。例えば、乗除算をギルバート乗算器で行うことが可能である。   In the above-described embodiment, the analog operation is performed using a pseudo translinear loop. However, the analog operation may be performed using a circuit having a principle and form other than the translinear loop. For example, multiplication and division can be performed by a Gilbert multiplier.

振動子ユニット20の一体構成の形態はパッケージには限定されず、例えば、基板上に一体形成されたものであってもよい。   The form of the integral configuration of the vibrator unit 20 is not limited to a package, and may be formed integrally on a substrate, for example.

上述の実施形態の図1,図2では可変容量キャパシタCが振動子ユニット20の出力側(端子N2側)に接続された構成を示したが、Cは振動子ユニット20の入力側(端子N1側)に設けてもよく、また両方に設けてもよい。 1 and 2 of the above-described embodiment, a configuration in which the variable capacitor CV is connected to the output side (terminal N2 side) of the vibrator unit 20 is shown, but CV is the input side of the vibrator unit 20 ( It may be provided on the terminal N1 side) or on both.

本発明に係る振動子ユニットは上述したように、アナログ演算部50、電流DAC52及び電位比較回路54を備えてデジタル値で可変容量キャパシタCを制御する構成が特に好適である。しかし、本発明の主な特徴の一つは、水晶振動子を含んで一体に構成され、当該水晶振動子の両端子を外部回路に接続するための外部接続端子を備えた振動子ユニットにおいて、水晶振動子に接続された可変容量キャパシタと、前記可変容量キャパシタの容量を制御する温度補償部とを有し、温度補償部が水晶振動子の近傍における温度を検知する温度センサを備え、当該振動子ユニットの外部からのトリガ信号の入力に応じて、温度センサの検知出力に基づいて可変容量キャパシタの容量を調節する点にあり、本発明は上記実施形態の構成に限定されない。 As described above, the vibrator unit according to the present invention is particularly preferably configured to include the analog calculation unit 50, the current DAC 52, and the potential comparison circuit 54 and control the variable capacitor CV with a digital value. However, one of the main features of the present invention is a vibrator unit including an external connection terminal for connecting both terminals of the crystal vibrator to an external circuit, which is integrally configured including the crystal vibrator. A variable capacitor connected to the crystal unit; and a temperature compensation unit that controls a capacitance of the variable capacitor. The temperature compensation unit includes a temperature sensor that detects a temperature in the vicinity of the crystal unit. The present invention resides in that the capacitance of the variable capacitor is adjusted based on the detection output of the temperature sensor in response to the input of a trigger signal from the outside of the child unit, and the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment.

[第2の実施形態]
図12は第2の実施形態に係る振動子ユニットを水晶フィルタとして用いた無線受信回路の概略の構成を示す模式図である。当該受信回路は例えば、電波時計に搭載され標準電波の受信に用いられる。振動子ユニットである水晶フィルタ200は無線信号の受信用IC202に外付けされる。水晶フィルタ200は、受信用IC202のチューナ210及び低雑音増幅器(LNA)212などの前段回路で処理された受信信号を外部接続端子Ninから入力される。水晶フィルタ200は外部接続端子NinとNout1との間に接続された水晶振動子Xtalを有する。図12に示す構成では、水晶振動子Xtalの一方端は端子Nout1に接続され、他方端は可変容量キャパシタCV1を介して端子Ninに接続される。すなわち、外部接続端子NinとNout1との間に可変容量キャパシタCV1及び水晶振動子Xtalが直列接続される。また水晶フィルタ200は、外部接続端子NinとNout2との間に可変容量キャパシタCV2及びキャパシタCrepを直列接続される。さらに、水晶フィルタ200は温度補償部214と、その動作を起動するトリガ信号の入力端子Ntgを有する。また、温度補償部214の動作等に用いる電源として振動子ユニット200は、正電圧電源Vddを供給される端子及び、グランドGNDに接続される端子を備える。
[Second Embodiment]
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a wireless reception circuit using the vibrator unit according to the second embodiment as a crystal filter. For example, the receiving circuit is mounted on a radio timepiece and used to receive a standard radio wave. A crystal filter 200 as a vibrator unit is externally attached to a radio signal receiving IC 202. The crystal filter 200 receives a reception signal processed by a pre-stage circuit such as a tuner 210 and a low noise amplifier (LNA) 212 of the reception IC 202 from an external connection terminal Nin. The crystal filter 200 has a crystal resonator Xtal connected between the external connection terminals Nin and Nout1. In the configuration shown in FIG. 12, one end of the crystal oscillator Xtal is connected to a terminal Nout1, the other end is connected to the terminal Nin through the variable capacitor C V1. In other words, the variable capacitor C V1 and crystal oscillator Xtal are connected in series between the external connection terminals Nin and Nout1. The crystal filter 200 are serially connected variable capacitance capacitor C V2 and capacitor Crep between the external connection terminals Nin and Nout2. Further, the crystal filter 200 has a temperature compensation unit 214 and a trigger signal input terminal Ntg for starting its operation. In addition, the vibrator unit 200 as a power source used for the operation of the temperature compensation unit 214 includes a terminal to which a positive voltage power source Vdd is supplied and a terminal connected to the ground GND.

可変容量キャパシタCV1及び水晶振動子Xtalからなる経路は、入力された信号から水晶振動子Xtalの共振特性に応じて受信目的局などの周波数(目的周波数)に対応した狭帯域の周波数成分を抽出し、抽出した信号を端子Nout1から出力する。キャパシタCrepは水晶振動子Xtalのレプリカキャパシタであり、Xtalの等価容量に設定される。可変容量キャパシタCV2及びキャパシタCrepを経て端子Nout2から出力される信号には、端子Nout1から出力される信号と同相の雑音が現れる。これらNout1,Nout2それぞれから出力される信号は、受信用IC202に設けられる後段回路である差動増幅回路216に入力される。差動増幅回路216は水晶フィルタ200から入力される2つの信号に現れるコモンモード雑音を除去してさらに後続の回路へ出力する。 The path made up of the variable capacitor C V1 and the crystal unit Xtal extracts a narrowband frequency component corresponding to the frequency (target frequency) of the reception target station or the like according to the resonance characteristics of the crystal unit Xtal from the input signal. The extracted signal is output from the terminal Nout1. The capacitor Crep is a replica capacitor of the crystal unit Xtal and is set to an equivalent capacitance of Xtal. The variable capacitor C V2 and a signal output from the terminal Nout2 via capacitor Crep, noise signals in phase output from the terminal Nout1 appears. Signals output from each of Nout1 and Nout2 are input to a differential amplifier circuit 216, which is a subsequent circuit provided in the receiving IC 202. The differential amplifier circuit 216 removes common mode noise appearing in the two signals input from the crystal filter 200 and outputs the signal to subsequent circuits.

この水晶フィルタ200において、可変容量キャパシタCV1,CV2は第1の実施形態の可変容量キャパシタCと同様に構成され、温度補償部214から出力されるデジタルデータに基づいて離散的に容量を変えることができる。 In this crystal filter 200, the variable capacitors C V1 and C V2 are configured in the same manner as the variable capacitor C V of the first embodiment, and the capacitance is discretely determined based on the digital data output from the temperature compensation unit 214. Can be changed.

温度補償部214の基本的な構成は温度補償部28と同じである。温度補償部214のアナログ演算部が行う演算内容は上記実施形態のアナログ演算部50と異なり得る。温度補償部214は端子Ntgにトリガパルスを入力されると、水晶振動子Xtalの周波数特性が使用温度範囲にて一定になるように容量制御値Dcntをアナログ演算に基づいて求め、可変容量キャパシタCV1,CV2を共通のDcntで制御する。 The basic configuration of the temperature compensation unit 214 is the same as that of the temperature compensation unit 28. The calculation content performed by the analog calculation unit of the temperature compensation unit 214 may be different from that of the analog calculation unit 50 of the above embodiment. When a trigger pulse is input to the terminal Ntg, the temperature compensation unit 214 obtains a capacitance control value Dcnt based on analog calculation so that the frequency characteristic of the crystal unit Xtal is constant in the operating temperature range, and the variable capacitance capacitor C V1, controls the C V2 in common Dcnt.

これにより水晶フィルタ200の中心周波数の温度変化を補償することができる。例えば、電波時計の標準電波の受信に用いる水晶フィルタは急峻な特性を持たせているので、中心周波数がわずかにずれただけで感度が大きく劣化するが、本実施形態の水晶フィルタ200を用いることで、温度変化の影響を回避して良好な感度を維持することが可能となる。   Thereby, the temperature change of the center frequency of the crystal filter 200 can be compensated. For example, a quartz filter used for receiving a standard radio wave of a radio clock has a steep characteristic, so that the sensitivity is greatly deteriorated when the center frequency is slightly shifted, but the quartz filter 200 of the present embodiment is used. Therefore, it is possible to avoid the influence of temperature change and maintain good sensitivity.

水晶フィルタ200は、温度補償部214がトリガパルスを入力されたときだけ動作するなど、第1の実施形態の振動子ユニット20と同様の消費電力が低減される特徴を有している。   The crystal filter 200 has a feature of reducing power consumption similar to that of the vibrator unit 20 of the first embodiment, such as operating only when the temperature compensation unit 214 receives a trigger pulse.

20 振動子ユニット、22 発振回路、24 集積回路、26 インバータ、28,214 温度補償部、30 温度センサ回路、32 演算回路、40,42 演算増幅器、50 アナログ演算部、52 電流DAC、54 電位比較回路、56 制御回路、60 p型サブストレート、62 nウェル、64 p型領域、80 コンパレータ、82 クロックパルス生成回路、84 カウンタ、86 データラッチ回路、88,130 タイミングジェネレータ、120 V/I変換回路、122 ヒステリシスコンパレータ、128 平衡検出回路、132 インバータ、200 水晶フィルタ、202 受信用IC、210 チューナ、212 LNA、216 差動増幅回路。   20 vibrator unit, 22 oscillation circuit, 24 integrated circuit, 26 inverter, 28, 214 temperature compensation unit, 30 temperature sensor circuit, 32 operation circuit, 40, 42 operational amplifier, 50 analog operation unit, 52 current DAC, 54 potential comparison Circuit, 56 control circuit, 60 p-type substrate, 62 n-well, 64 p-type region, 80 comparator, 82 clock pulse generation circuit, 84 counter, 86 data latch circuit, 88, 130 timing generator, 120 V / I conversion circuit , 122 hysteresis comparator, 128 balance detection circuit, 132 inverter, 200 crystal filter, 202 receiving IC, 210 tuner, 212 LNA, 216 differential amplifier circuit.

Claims (9)

水晶振動子を含んで一体に構成され、当該水晶振動子を外部回路に接続するための外部接続端子を備えた振動子ユニットであって、
前記水晶振動子に接続された可変容量コンデンサと、
前記可変容量コンデンサの容量を制御する温度補償部と、
を有し、
前記温度補償部は、
前記水晶振動子の近傍における温度を検知する温度センサ
前記水晶振動子とは独立して動作し、当該振動子ユニットの外部からトリガ信号を入力されるごとに、前記可変容量コンデンサの前記容量を調節する容量制御値を求める演算動作として前記温度センサのアナログ信号である検知出力に対しアナログ演算を行い、当該演算結果を表すデジタル値である前記容量制御値を生成し、前記演算結果が得られると次の前記トリガ信号の入力まで当該容量制御値を保持すると共に前記演算動作を停止する演算回路と、を備え、
前記可変容量コンデンサは、前記温度補償部が出力する前記デジタル値の容量制御値に応じて前記容量を離散的に変化させること、
を特徴とする振動子ユニット。
A vibrator unit that includes a crystal unit and is configured integrally, and includes an external connection terminal for connecting the crystal unit to an external circuit,
A variable capacitor connected to the crystal unit;
A temperature compensator for controlling the capacitance of the variable capacitor;
Have
The temperature compensation unit is
A temperature sensor for detecting the temperature in the vicinity of the crystal oscillator,
The operating independently of the crystal oscillator, the temperature sensor each time the input of the trigger signal from the outside of the transducer unit, as a calculation operation for obtaining the pre-Symbol capacity control value for adjusting the capacitance of the variable capacitor An analog calculation is performed on the detection output that is an analog signal of the signal, and the capacitance control value that is a digital value representing the calculation result is generated. An arithmetic circuit that holds the operation and stops the arithmetic operation,
The variable capacitor is configured to discretely change the capacitance according to a capacitance control value of the digital value output from the temperature compensation unit;
A vibrator unit characterized by
請求項に記載の振動子ユニットにおいて、
前記温度補償部は、前記トリガ信号の入力に応じて、前記演算回路の駆動に用いるクロックパルスを前記水晶振動子より高い周波数で生成するクロックパルス生成回路を有すること、を特徴とする振動子ユニット。
The vibrator unit according to claim 1 ,
The temperature compensation unit has a clock pulse generation circuit that generates a clock pulse used for driving the arithmetic circuit at a frequency higher than that of the crystal unit in response to an input of the trigger signal. .
請求項に記載の振動子ユニットにおいて、
前記演算回路は、
入力トランジスタ又は出力トランジスタである偶数個のトランジスタのベース及びエミッタを辿るループでありベース−エミッタ接合が形成するダイオードの前記ループ上での2通りの向きを正方向及び逆方向として前記正方向の前記ダイオードの数と前記逆方向の前記ダイオードの数とが当該ループ上にて同数であるトランスリニアループで表現される前記アナログ演算を行い、前記容量制御値を生成する演算回路であって、
前記トランスリニアループを有する回路において、当該トランスリニアループの接続を前記ダイオードの向きが正方向である前記トランジスタのエミッタと、逆方向である前記トランジスタのエミッタとの間で分断し、当該分断個所に電位比較回路を接続する改変を行った改変ループ回路と、
前記入力トランジスタのエミッタに接続され、それぞれに前記アナログ演算の入力となる入力電流を供給する入力電流供給手段と、
前記演算結果についての試行値を生成する制御回路と、
前記出力トランジスタのエミッタに接続され、前記試行値に応じた大きさの試行電流を生成し供給する試行電流生成手段と、
を有し、
前記電位比較回路は、前記分断個所の両側の電位を比較してその結果に応じた比較出力を生成し、
前記制御回路は、前記比較出力に基づいて、前記分断個所での電位平衡状態に対応した前記試行値を探索して前記容量制御値として出力すること、
を特徴とする振動子ユニット。
The vibrator unit according to claim 1 ,
The arithmetic circuit is:
A loop that traces the base and emitter of an even number of transistors that are input transistors or output transistors, and the two directions on the loop of the diode formed by the base-emitter junction are defined as the forward direction and the reverse direction. An arithmetic circuit that performs the analog calculation represented by a translinear loop in which the number of diodes and the number of diodes in the reverse direction are the same number on the loop, and generates the capacitance control value,
In the circuit having the translinear loop, the connection of the translinear loop is divided between the emitter of the transistor whose forward direction is the diode and the emitter of the transistor whose reverse direction is the reverse direction, and A modified loop circuit that has been modified to connect the potential comparison circuit;
An input current supply means connected to the emitter of the input transistor and for supplying an input current to be an input for the analog operation to each of the input transistors;
A control circuit for generating a trial value for the calculation result;
Trial current generating means connected to the emitter of the output transistor and generating and supplying a trial current having a magnitude corresponding to the trial value;
Have
The potential comparison circuit compares the potentials on both sides of the divided portion and generates a comparison output according to the result,
The control circuit searches for the trial value corresponding to the potential equilibrium state at the divided portion based on the comparison output and outputs the trial control value as the capacitance control value.
A vibrator unit characterized by
請求項に記載の振動子ユニットにおいて、
前記電位比較回路は、前記比較出力として、前記分断個所の両側の電位の大小関係に応じて2種類の出力状態のいずれかを出力するコンパレータを有し、
前記制御回路は、
クロックパルスを入力され、当該クロックパルスごとにカウント値を順次、増加又は減少させ、当該カウント値を前記試行値として出力するカウンタと、
前記比較出力の前記出力状態の変化を検出し、当該変化時に対応した前記試行値を前記容量制御値とする判定回路と、
を有することを特徴とする振動子ユニット。
The vibrator unit according to claim 3 ,
The potential comparison circuit includes, as the comparison output, a comparator that outputs one of two types of output states according to the magnitude relationship between the potentials on both sides of the divided portion,
The control circuit includes:
A counter that receives a clock pulse, sequentially increases or decreases the count value for each clock pulse, and outputs the count value as the trial value;
A determination circuit that detects a change in the output state of the comparison output and uses the trial value corresponding to the change as the capacity control value;
A vibrator unit characterized by comprising:
請求項に記載の振動子ユニットにおいて、
前記電位比較回路は、前記比較出力として、前記分断個所の両側の電位差に応じた電流を生成する電圧−電流変換回路を有し、
前記制御回路は、
前記比較出力の前記電流を充電するコンデンサと、
オン状態にて選択的に前記コンデンサを放電させるスイッチと、
前記コンデンサの端子間電圧を入力され、その出力に応じて前記スイッチのオン/オフ状態を切り換え前記コンデンサの充電/放電を交互に繰り返させるヒステリシスコンパレータと、
前記ヒステリシスコンパレータの出力パルスごとにカウント値を順次、増加又は減少させ、当該カウント値を前記試行値として出力するカウンタと、
前記ヒステリシスコンパレータの出力の変化の周期に基づいて前記電位平衡状態への到達を判定し、当該到達時に対応した前記試行値を前記容量制御値とする判定回路と、
を有することを特徴とする振動子ユニット。
The vibrator unit according to claim 3 ,
The potential comparison circuit includes, as the comparison output, a voltage-current conversion circuit that generates a current corresponding to a potential difference between both sides of the divided portion,
The control circuit includes:
A capacitor for charging the current of the comparison output;
A switch for selectively discharging the capacitor in an on state;
A hysteresis comparator that receives the voltage between the terminals of the capacitor and switches the on / off state of the switch according to the output to alternately repeat charging / discharging of the capacitor;
A counter that sequentially increases or decreases the count value for each output pulse of the hysteresis comparator and outputs the count value as the trial value;
A determination circuit that determines whether the potential equilibrium state has been reached based on a period of change in the output of the hysteresis comparator, and that uses the trial value corresponding to the arrival time as the capacity control value;
A vibrator unit characterized by comprising:
請求項1から請求項のいずれか1つに記載され、前記外部回路である発振用増幅器に共振子として接続されて発振回路を構成する振動子ユニットであって、
前記可変容量コンデンサは前記発振回路の負荷容量の一部をなし、
前記温度補償部は、前記可変容量コンデンサの前記容量を調整して前記発振回路の発振周波数の温度変動を補償すること、
を特徴とする振動子ユニット。
A vibrator unit which is described in any one of claims 1 to 5 and is connected to an oscillation amplifier which is the external circuit as a resonator to constitute an oscillation circuit,
The variable capacitor is a part of the load capacity of the oscillation circuit,
The temperature compensation unit adjusts the capacitance of the variable capacitor to compensate for temperature fluctuations in the oscillation frequency of the oscillation circuit;
A vibrator unit characterized by
請求項1から請求項のいずれか1つに記載され、前記外部接続端子のうちの入力端子に入力される受信信号から共振特性に応じた周波数成分を抽出し前記外部接続端子のうちの出力端子から出力するフィルタ回路として機能する振動子ユニットであって、
前記可変容量コンデンサは前記入力端子と前記出力端子との間に、前記水晶振動子と直列に接続され、
前記温度補償部は、前記可変容量コンデンサの前記容量を調整して前記フィルタ回路の共振周波数の温度変動を補償すること、
を特徴とする振動子ユニット。
The frequency component according to any one of claims 1 to 5 , wherein a frequency component corresponding to a resonance characteristic is extracted from a reception signal input to an input terminal of the external connection terminals, and an output of the external connection terminal A vibrator unit that functions as a filter circuit that outputs from a terminal,
The variable capacitor is connected in series with the crystal resonator between the input terminal and the output terminal,
The temperature compensation unit adjusts the capacitance of the variable capacitor to compensate for a temperature variation of a resonance frequency of the filter circuit;
A vibrator unit characterized by
発振用増幅器と、当該発振用増幅器の入出力端子間に外付けされる共振子とを有する発振回路において、
前記共振子は、請求項に記載の振動子ユニットであること、を特徴とする発振回路。
In an oscillation circuit having an oscillation amplifier and a resonator externally connected between the input and output terminals of the oscillation amplifier,
The oscillation circuit according to claim 6 , wherein the resonator is the vibrator unit according to claim 6 .
無線信号を受信して受信信号を出力する前段回路及び、前記受信信号から抽出された目的周波数の信号を入力される後段回路と、当該両回路間に外付けされ共振特性に応じて前記目的周波数の信号を抽出するフィルタ回路と、を有する受信回路において、
前記フィルタ回路は請求項に記載の振動子ユニットであること、を特徴とする受信回路。
A front-stage circuit that receives a radio signal and outputs a received signal; a rear-stage circuit that receives a signal of a target frequency extracted from the received signal; and the target frequency that is externally connected between the two circuits according to resonance characteristics A receiving circuit having a filter circuit for extracting a signal of
The receiving circuit according to claim 7 , wherein the filter circuit is the vibrator unit according to claim 7 .
JP2011197616A 2011-09-09 2011-09-09 Vibrator unit, oscillation circuit, and reception circuit Active JP5847505B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011197616A JP5847505B2 (en) 2011-09-09 2011-09-09 Vibrator unit, oscillation circuit, and reception circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011197616A JP5847505B2 (en) 2011-09-09 2011-09-09 Vibrator unit, oscillation circuit, and reception circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013059007A JP2013059007A (en) 2013-03-28
JP5847505B2 true JP5847505B2 (en) 2016-01-20

Family

ID=48134461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011197616A Active JP5847505B2 (en) 2011-09-09 2011-09-09 Vibrator unit, oscillation circuit, and reception circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5847505B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10135390B2 (en) * 2015-06-22 2018-11-20 Microchip Technology Incorporated Periodic kick-starter for a crystal oscillator
CN112636725B (en) * 2020-12-11 2022-06-10 海光信息技术股份有限公司 Resistance-capacitance RC oscillator

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5230194A (en) * 1975-09-02 1977-03-07 Citizen Watch Co Ltd Miniature piezo-electric resonator with temperature compensating capac itor
JPH08307256A (en) * 1995-05-08 1996-11-22 Sanyo Electric Co Ltd Pll circuit
JPH10290118A (en) * 1997-02-12 1998-10-27 Meidensha Corp Digital temperature compensation crystal oscillator
JP4019473B2 (en) * 1997-11-13 2007-12-12 エプソントヨコム株式会社 Electronic devices
JP3991549B2 (en) * 2000-03-09 2007-10-17 セイコーエプソン株式会社 Temperature compensated oscillator, communication device and electronic device
US7466209B2 (en) * 2007-01-05 2008-12-16 Sirf Technology, Inc. System and method for providing temperature correction in a crystal oscillator
JP4545769B2 (en) * 2007-03-12 2010-09-15 シチズンホールディングス株式会社 Temperature compensated oscillator
JP2009188633A (en) * 2008-02-05 2009-08-20 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd Surface-mount type crystal oscillator
JP2010130455A (en) * 2008-11-28 2010-06-10 Kyocera Kinseki Corp Piezoelectric oscillator
JP5213845B2 (en) * 2008-12-26 2013-06-19 日本電波工業株式会社 Temperature compensated crystal oscillator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013059007A (en) 2013-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6638340B2 (en) Circuit device, oscillator, electronic equipment and moving object
US10027312B2 (en) Low temperature coefficient clock signal generator
US6191660B1 (en) Programmable oscillator scheme
US5699024A (en) Accurate integrated oscillator circuit
US8212599B2 (en) Temperature-stable oscillator circuit having frequency-to-current feedback
US6774644B2 (en) Method and circuit for compensating MOSFET capacitance variations in integrated circuits
JP2008054134A (en) Ring oscillator, semiconductor integrated circuit provided with the same, and electronic equipment
JPH10187273A (en) Integrated circuit provided with programmable internal clock
US6753739B1 (en) Programmable oscillator scheme
US11949417B2 (en) Precision oscillators that use imprecise components
US6924709B2 (en) Integrated relaxation oscillator with improved sensitivity to component variation due to process-shift
CN110719102A (en) Oscillation circuit and clock circuit
US9362922B2 (en) Oscillator circuit and method for generating an oscillator signal
JP5847505B2 (en) Vibrator unit, oscillation circuit, and reception circuit
JP6750211B2 (en) Circuit devices, oscillators, electronic devices and mobile units
US7068116B2 (en) Oscillation circuit and semiconductor device free from the influence of source voltage, temperature and fluctuations in the inverter threshold voltage
JP3730984B2 (en) Function generation circuit and temperature compensated crystal oscillator
CN112953465B (en) Configurable relaxation oscillator based on resistance-capacitance array
CN113131868B (en) Digitally regulated oscillator
CN211352180U (en) Oscillation circuit and clock circuit
JP4641221B2 (en) Oscillation circuit and electronic equipment
JP6736871B2 (en) Circuit devices, oscillators, electronic devices and mobile units
US20220140785A1 (en) Oscillator circuit, oscillator, and method for controlling oscillator circuit
US20020130706A1 (en) Integrated circuit current source with switched capacitor feedback
JP2009141459A (en) Piezoelectric oscillator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140530

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150529

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150609

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150803

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150915

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151015

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20151117

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20151125

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5847505

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250