JP5966577B2 - 温度補償回路、回路装置、電子機器及び調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、温度補償回路、回路装置、電子機器及び調整方法等に関する。

特許文献１には、０次〜ｎ次信号発生回路が、近似的な０次〜ｎ次関数の信号をそれぞれ発生し、０次〜ｎ次成分ゲイン調整回路が、０次〜ｎ次関数の信号のゲイン調整をそれぞれ行い、加算回路が、ゲイン調整された０次〜ｎ次関数の信号を加算して温度補償用電圧を出力し、その温度補償用電圧により、水晶発振回路の発振周波数がもつ温度特性を補償する技術が開示されている。

国際公開ＷＯ２００４／０２５８２４号公報

しかしながら上記の手法では、信号発生回路及びゲイン調整回路が次数毎に独立に構成されている。そのため、温度補償の精度を上げるためには、高次（例えば４次以上）の信号発生回路及びゲイン調整回路の数を増やしていく必要があり、高次の温度補償が複雑になるという課題がある。

本発明の幾つかの態様によれば、簡素な構成で高次の温度補償を行うことが可能な温度補償回路、回路装置、電子機器及び調整方法等を提供できる。

本発明の一態様は、温度センサーからの検出信号に基づいて、温度に対する１次関数を近似する信号である１次成分信号を出力する１次成分発生回路と、前記検出信号に基づいて、前記温度に対する３次関数を近似する信号である３次成分信号を出力する３次成分発生回路と、前記検出信号に基づいて、前記温度に対する高次関数を近似する信号である高次成分信号を出力する高次成分発生回路と、前記１次成分信号のゲイン調整を行い、ゲイン調整後の前記１次成分信号を１次出力信号として出力する１次成分ゲイン調整回路と、前記３次成分信号のゲイン調整を行い、ゲイン調整後の前記３次成分信号を３次出力信号として出力する３次成分ゲイン調整回路と、前記高次成分信号のゲイン調整を行い、ゲイン調整後の前記高次成分信号を高次出力信号として出力する高次成分ゲイン調整回路と、前記１次出力信号と前記３次出力信号と前記高次出力信号とを加算し、加算により得られた電圧を温度補償用電圧として出力する加算回路と、を含み、前記高次成分発生回路は、３次関数よりも高次のｉ次関数（ｉは４以上の自然数）と、前記ｉ次関数よりも高次のｊ次関数（ｊはｊ＞ｉの自然数）と、が少なくとも合成された合成関数を近似する信号を、前記高次成分信号として出力する温度補償回路に関係する。

本発明の一態様によれば、３次関数よりも高次のｉ次関数と、ｉ次関数よりも高次のｊ次関数と、が少なくとも合成された合成関数の信号が、高次成分信号として出力される。そして、ゲイン調整された１次成分信号と、ゲイン調整された３次成分信号と、ゲイン調整された高次成分信号と、が加算されて温度補償用電圧として出力される。これにより、簡素な構成で高次の温度補償を行うことが可能になる。

また本発明の一態様では、前記高次成分発生回路は、前記ｉ次関数と、前記ｊ次関数と、１次以上３次以下の関数であるｍ次関数（ｍは１≦ｍ≦３の自然数）と、が少なくとも合成された前記合成関数を近似する信号を、前記高次成分信号として出力してもよい。

また本発明の一態様では、前記高次成分発生回路は、前記ｉ次関数と、前記ｊ次関数と、前記ｊ次関数よりも高次のｋ次関数（ｋはｋ＞ｊの自然数）と、が少なくとも合成された前記合成関数を近似する信号を、前記高次成分信号として出力してもよい。

これら本発明の一態様によれば、温度補償対象デバイスの温度特性の高次成分が、ｉ次関数及びｊ次関数のみでは高精度に補償できない場合であっても、高次成分信号に対して更にｍ次関数又はｋ次関数を合成することで、高次成分の補償精度を向上できる。

また本発明の一態様では、前記高次成分発生回路は、前記１次成分ゲイン調整回路によりゲイン調整された前記１次成分信号と、前記３次成分ゲイン回路によりゲイン調整された前記３次成分信号とにより温度補償対象デバイスの温度特性を補償した場合の残留成分を近似する関数の信号を、前記高次成分信号として出力してもよい。

このようにすれば、ゲイン調整された１次成分信号及びゲイン調整された３次成分信号により温度補償対象デバイスの温度特性を補償した場合の残留成分を、高次成分信号により補償することができる。これにより、１つの高次成分信号により残留成分を高精度に補償することが可能になる。

また本発明の一態様では、前記１次成分ゲイン調整回路のゲイン値と、前記３次成分ゲイン調整回路のゲイン値と、前記高次成分ゲイン調整回路のゲイン値と、が記憶された記憶部を含んでもよい。

このようにすれば、１次成分ゲイン調整回路のゲイン値と、３次成分ゲイン調整回路のゲイン値と、高次成分ゲイン調整回路のゲイン値を記憶部に書き込むことで、温度補償用電圧の特性を調整することができる。

また本発明の一態様では、前記加算回路は、前記１次成分ゲイン調整回路のゲイン値をＡ１とし、前記３次成分ゲイン調整回路のゲイン値をＡ３とし、前記高次成分ゲイン調整回路のゲイン値をＡｈとし、温度をＴとし、基準温度をＴ０とし、αｉ、αｊを所定の係数とし、ｆ（Ｔ−Ｔ０）を温度Ｔの関数とする場合に、ＶＣＯＭＰ＝Ａｈ（αｉ（Ｔ−Ｔ０）^ｉ＋αｊ（Ｔ−Ｔ０）^ｊ＋ｆ（Ｔ−Ｔ０））＋Ａ３（Ｔ−Ｔ０）^３＋Ａ１（Ｔ−Ｔ０）＋Ａ０を近似する前記温度補償用電圧を出力してもよい。

このようにすれば、ｉ次関数とｊ次関数とが少なくとも合成された合成関数を近似する高次成分信号と、３次関数を近似する３次成分信号と、１次関数を近似する１次成分信号と、０次成分信号とが加算された温度補償用電圧ＶＣＯＭＰを出力することができる。

また本発明の一態様では、ｍを１≦ｍ≦３の自然数とし、αｍを所定の係数とする場合に、ｆ（Ｔ−Ｔ０）＝αｍ（Ｔ−Ｔ０）^ｍであってもよい。

また本発明の一態様では、ｋをｋ＞ｊ＞ｉ≧４の自然数とし、αｋを所定の係数とする場合に、ｆ（Ｔ−Ｔ０）＝αｋ（Ｔ−Ｔ０）^ｋであってもよい。

これら本発明の一態様によれば、ｉ次関数とｊ次関数と１次以上３次以下のｍ次関数とが合成された合成関数を近似する信号を、高次成分信号として出力できる。あるいは、ｉ次関数とｊ次関数と４次以上でｉ次及びｊ次以外のｋ次成分信号とが合成された合成関数を近似する信号を、高次成分信号として出力できる。

また本発明の一態様では、前記加算回路は、前記１次成分ゲイン調整回路のゲイン値をＡ１とし、前記３次成分ゲイン調整回路のゲイン値をＡ３とし、前記高次成分ゲイン調整回路のゲイン値をＡｈとし、温度をＴとし、基準温度をＴ０とし、αｉ、αｊを所定の係数とし、前記温度補償用電圧をＶＣＯＭＰとする場合に、ＶＣＯＭＰ＝Ａｈ（αｉ（Ｔ−Ｔ０）^ｉ＋αｊ（Ｔ−Ｔ０）^ｊ）＋Ａ３（Ｔ−Ｔ０）^３＋Ａ１（Ｔ−Ｔ０）＋Ａ０を出力してもよい。

このようにすれば、ｉ次関数とｊ次関数とが合成された合成関数を近似する高次成分信号と、３次関数を近似する３次成分信号と、１次関数を近似する１次成分信号と、０次成分信号とが加算された温度補償用電圧ＶＣＯＭＰを出力することができる。

また本発明の一態様では、前記ｉ次関数及び前記ｊ次関数のうち一方が奇数次関数であり、他方が偶数次関数である場合に、前記高次成分発生回路は、前記奇数次関数を近似する信号である奇数次成分信号を出力する奇数次成分発生回路と、前記偶数次関数を近似する信号である偶数次成分信号を出力する偶数次成分発生回路と、を有し、前記高次成分発生回路は、前記奇数次成分信号と前記偶数次成分信号とが加算された信号を、前記高次成分信号として出力してもよい。

このようにすれば、奇数次関数と偶数次関数の合成関数を近似する信号を、高次成分信号として出力することができる。このように奇数次関数と偶数次関数を合成することで、高次成分の調整自由度を向上することができ、温度特性の高次成分に対する補償精度を向上できる。

また本発明の一態様では、前記奇数次成分発生回路は、前記温度センサーからの前記検出信号に基づく検出電圧が入力される第１トランジスターと、所定電圧が入力される第２トランジスターとを有し、前記第１トランジスター及び前記第２トランジスターにより差動動作を行う第１差動回路と、前記第１差動回路の出力電圧が入力される第３トランジスターと、前記検出電圧が入力される第４トランジスターとを有し、前記第３トランジスター及び前記第４トランジスターにより差動動作を行い、前記奇数次成分信号を出力する第２差動回路と、を有してもよい。

このようにすれば、第１差動回路の差動動作により、温度センサーからの検出信号に基づいて出力電圧が出力され、第２差動回路の差動動作により、第１差動回路の出力電圧に基づいて奇数次成分信号が出力される。このようにして、温度センサーからの検出信号に基づいて奇数次成分信号を生成することができる。

また本発明の一態様では、前記偶数次成分発生回路は、前記温度センサーからの前記検出信号に基づく検出電圧が入力される第５トランジスターと、所定電圧が入力される第６トランジスターとを有し、前記第５トランジスター及び前記第６トランジスターにより差動動作を行う第３差動回路と、前記第３差動回路の出力電圧が入力される第７トランジスターと、前記検出電圧が入力される第８トランジスターとを有し、前記第７トランジスター及び第８トランジスターにより差動動作を行う第４差動回路と、前記第７トランジスターの出力電流と、前記第８トランジスターの出力電流とを加算した電流に基づいて、前記偶数次成分信号を出力する出力回路と、を有してもよい。

このようにすれば、第３差動回路の差動動作により、温度センサーからの検出信号に基づいて出力電圧が出力され、第４差動回路の差動動作により、第３差動回路の出力電圧に基づいて差動出力電流が出力され、出力回路により、第４差動回路の差動出力電流に基づいて偶数次成分信号が出力される。このようにして、温度センサーからの検出信号に基づいて偶数次成分信号を生成することができる。

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載された温度補償回路と、前記温度補償用電圧により、発振周波数の温度特性が補償される発振回路と、を含む回路装置に関係する。

また本発明の更に他の態様は、上記に記載された回路装置を含む電子機器に関係する。

また本発明の更に他の態様は、上記のいずれかに記載された温度補償回路が出力する前記温度補償用電圧を調整する調整方法であって、前記１次成分ゲイン調整回路のゲイン値と、前記３次成分ゲイン調整回路のゲイン値とを調整して、温度補償対象デバイスの温度特性を補償し、前記補償された温度特性を、前記高次成分ゲイン調整回路のゲイン値を調整して補償し、前記調整された前記１次成分ゲイン調整回路のゲイン値と、前記３次成分ゲイン調整回路のゲイン値と、前記高次成分ゲイン調整回路のゲイン値とを、前記温度補償回路が有する記憶部に記憶させる調整方法に関係する。

このようにすれば、１次成分信号及び３次成分信号により温度補償対象デバイスの温度特性を補償し、その補償後の残留成分を、高次成分信号により補償することができる。これにより、温度特性の高次成分を高次成分信号のゲイン値を調整するだけで、簡素に補償することができる。

また本発明の更に他の態様は、上記のいずれかに記載された温度補償回路が出力する前記温度補償用電圧を調整する調整方法であって、前記１次成分ゲイン調整回路のゲイン値と、前記３次成分ゲイン調整回路のゲイン値と、前記高次成分ゲイン調整回路のゲイン値とを調整して、温度補償対象デバイスの温度特性を補償し、前記調整された前記１次成分ゲイン調整回路のゲイン値と、前記３次成分ゲイン調整回路のゲイン値と、前記高次成分ゲイン調整回路のゲイン値とを、前記温度補償回路が有する記憶部に記憶させてもよい。

このようにすれば、１次成分信号のゲイン値、３次成分信号のゲイン値、高次成分信号のゲイン値を一度に調整することができるため、温度補償用電圧の調整フローを更に簡素化することが可能になる。

本実施形態の温度補償回路の構成例。 水晶振動子の発振周波数が有する温度特性の例。 温度特性を１次成分及び３次成分を補償した後の高次の残留成分の例。 温度補償用電圧の調整フローの例。 温度センサーの詳細な構成例。 温度センサーの出力電圧特性の例。 温度センサーの出力電圧特性の例。 高次成分発生回路の詳細な構成例。 奇数次成分発生回路の詳細な構成例。 制御電圧の特性例。 制御電圧についての説明図。 図１２（Ａ）は制御電圧の特性例。図１２（Ｂ）は、奇数次成分電流の特性例。 奇数次成分電圧の特性例。 偶数次成分発生回路の詳細な構成例。 偶数次成分発生回路の動作説明図。 偶数次成分発生回路の動作説明図。 偶数次成分発生回路の動作説明図。 偶数次成分電流の特性例。 偶数次成分電圧の特性例。 発振回路の構成例。 本実施形態の回路装置の構成例。 本実施形態の電子機器の構成例。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

なお、以下では温度補償対象デバイスが水晶振動子である場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されず、温度補償対象デバイスは、その発振周波数の温度特性を電圧により補償できるデバイスであればよい。例えば温度補償対象デバイスは圧電振動子であってもよい。

１．温度補償回路
図１に、本実施形態の温度補償回路の構成例を示す。図１の温度補償回路は、温度センサー１０、基準温度調整回路１５（Ｔ０調整回路）、０次成分発生回路２０、１次成分発生回路３０、３次成分発生回路４０、高次成分発生回路５０、１次成分ゲイン調整回路６０、３次成分ゲイン調整回路７０、高次成分ゲイン調整回路８０、記憶部９０、加算回路１００を含む。

温度センサー１０は、温度の検出結果を温度検出電圧ＶＴ（広義には検出信号）として出力する。基準温度調整回路１５は、温度補償用電圧ＶＣＯＭＰの基準温度Ｔ０を調整する回路であり、例えば温度検出電圧ＶＴの基準電圧を調整することで基準温度Ｔ０を調整する。温度補償用電圧ＶＣＯＭＰの１次成分、３次成分、高次成分は、それぞれ基準温度Ｔ０を中心に対称であり、基準温度調整回路１５は、その対称の中心を調整する。温度センサー１０、基準温度調整回路１５の詳細については図５等で後述する。

０次成分発生回路２０は、水晶振動子（広義には温度補償対象デバイス）の発振周波数がもつ温度特性の０次成分を近似する０次成分電圧ＶＳ０（広義には０次成分信号）を出力する。例えば抵抗分割回路など、ＤＣ電圧を出力する回路で構成される。

１次成分発生回路３０は、水晶振動子の発振周波数がもつ温度特性の１次成分を近似する１次成分電流ＩＳ１（広義には１次成分信号）を出力する。即ち、Ｔを温度とすると、ＩＳ１は、（Ｔ−Ｔ０）に比例又は反比例する関数を近似する電流である。１次成分発生回路３０は、例えば正転増幅アンプ等により構成できる。１次成分ゲイン調整回路６０は、記憶部９０に記憶されたゲイン値Ａ１に基づいて、１次成分電流ＩＳ１のゲイン調整を行い、１次成分電圧ＶＳ１＝Ａ１×ＩＳ１（広義には１次出力信号）を出力する。なお、１次成分発生回路３０及び１次成分ゲイン調整回路６０は、ゲイン調整可能な一体のアンプ回路（例えば正転増幅アンプ）として構成されてもよい。

３次成分発生回路４０は、水晶振動子の発振周波数がもつ温度特性の３次成分を近似する３次成分電流ＩＳ３（広義には３次成分信号）を出力する。即ち、ＩＳ３は、（Ｔ−Ｔ０）^３に比例又は反比例する関数を近似する電流である。３次成分ゲイン調整回路７０は、記憶部９０に記憶されたゲイン値Ａ３に基づいて、３次成分電流ＩＳ３のゲイン調整を行い、３次成分電圧ＶＳ３＝Ａ３×ＩＳ３（広義には３次出力信号）を出力する。

高次成分発生回路５０は、水晶振動子の発振周波数がもつ温度特性の、４次以上の成分である高次成分を近似する高次成分電流ＩＳｈ（広義には高次成分信号）を出力する。即ち、ＩＳｈは高次関数ｇ（Ｔ−Ｔ０）を近似する電流である。ｉをｉ≧４の自然数、ｊをｊ＞ｉの自然数とすると、ｇ（Ｔ−Ｔ０）は、ｉ次関数（Ｔ−Ｔ０）^ｉに比例又は反比例する関数、及びｊ次関数（Ｔ−Ｔ０）^ｊに比例又は反比例する関数を少なくとも合成した合成関数である。高次成分ゲイン調整回路８０は、記憶部９０に記憶されたゲイン値Ａｈに基づいて、高次成分電流ＩＳｈのゲイン調整を行い、高次成分電圧ＶＳｈ＝Ａｈ×ＩＳｈ（広義には高次出力信号）を出力する。高次成分発生回路５０、高次成分ゲイン調整回路８０の詳細については図８等で後述する。

加算回路１００は、０次成分電圧ＶＳ０、１次成分電圧ＶＳ１、３次成分電圧ＶＳ３、高次成分電圧ＶＳｈを加算し、温度補償用電圧ＶＣＯＭＰを出力する。ＶＣＯＭＰは、例えば図２０で後述する発振回路の可変容量キャパシターＣ１に入力され、ＶＣＯＭＰによりＣ１の容量が調整されることで水晶振動子ＸＴＡＬの発振周波数が温度補償される。ＶＳ０＝Ａ０とすると、温度補償用電圧ＶＣＯＭＰは下式（１）を近似する電圧である。
ＶＣＯＭＰ＝Ａｈ×ｇ（Ｔ−Ｔ０）＋
Ａ３（Ｔ−Ｔ０）^３＋Ａ１（Ｔ−Ｔ０）＋Ａ０ （１）

記憶部９０には、例えば温度補償型水晶発振器（TCXO: Temperature Compensated crystal(X) Oscillator）の製造工程で調整された、ゲイン値Ａ０、Ａ１、Ａ３、Ａｈ及び基準温度Ｔ０が格納されている。記憶部９０は、例えば不揮発性メモリー（例えばＥＥＰＲＯＭ）により構成される。

なお、図１の構成例では、１次成分信号として電流ＩＳ１が出力され、３次成分信号として電流ＩＳ３が出力され、高次成分信号として電流ＩＳｈが出力される場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されない。即ち、１次成分信号、３次成分信号、高次成分信号として電圧が出力されるように構成してもよい。

さて、図２に、水晶振動子の発振周波数がもつ温度特性の一例を示す。この温度特性の変動範囲を、温度補償により、例えば±０．５ｐｐｍ（parts per million）の範囲に収めたいとする。図３に示すように、０次成分、１次成分、３次成分のゲイン値Ａ０、Ａ１、Ａ３を調整し、基準温度Ｔ０付近（例えばＴ０＝２５度の付近０度〜５０度）の温度特性を補償したとする。この場合、Ｂ１、Ｂ２に示すように、補償したい温度範囲（例えば−３０度〜８０度）の端では、発振周波数の変動が±０．５ｐｐｍを超えてしまう。このような±０．５ｐｐｍを超えた部分については、４次以上の高次成分により補償する必要があり、補償精度を上げるほどより高次の補償が必要となる。

従来の温度補償回路では、高次の次数を増やして補償精度を上げるためには、高次の補償回路を多数用意する必要があった。例えば、温度調整回路が、４次成分発生回路、４次成分ゲイン調整回路、５次成分発生回路、５次成分ゲイン調整回路を含み、水晶振動子と発振回路装置（ＩＣ）を組み立て製造するときに、４次成分ゲイン値と５次成分ゲイン値を調整する必要があった。この例では、高次の補償回路として４ブロックの回路が必要であり、製造時のパラメーター調整も２つのパラメーターを調整する必要がある。この回路ブロック数やパラメーター数は、補償精度を上げるほど多くなり、回路構成や調整手法が複雑化するという課題がある。

この点、本実施形態によれば、高次成分発生回路５０と高次成分ゲイン調整回路８０の２つの回路ブロックにより高次成分電圧ＶＳｈを発生し、１つのゲイン値Ａｈを調整することで、温度特性がもつ４次以上の高次成分を補償することができる。これにより、高次補償回路の回路構成や調整手法を簡素化でき、高次の次数を増やして補償精度を上げる場合であっても、回路構成や調整手法の複雑化を避けることができる。

具体的には、図２で説明した温度特性は、同一製品の水晶振動子ではおおよそ同一の特性であり、図３で説明した高次の残留成分についても、同一製品の水晶振動子ではおおよそ同一の特性となる。そのため、温度補償回路の設計段階において、高次成分電圧ＶＳｈの特性を、高次の残留成分の特性に合わせて設計しておくことができ、製造時の調整段階において１つのゲイン値Ａｈだけで高次成分を補償することが可能となる。

本実施形態において高次成分を補償する高次成分電圧ＶＳｈは、上式（１）のＡｈ×ｇ（Ｔ−Ｔ０）である。合成関数ｇ（Ｔ−Ｔ０）は、例えば下式（２）を近似する関数である。ｉはｉ≧４の自然数であり、ｊはｊ＞ｉの自然数である。αｉ、αｊは、高次関数の形状を決める所定の係数であり、高次成分発生回路５０の設計パラメーター（例えば、後述する図９のトランジスターＴＲ１〜ＴＲ４のサイズ、バイアス電流ＩＢ１、ＩＢ２の電流値など）によって決まる。
ｇ（Ｔ−Ｔ０）＝αｉ（Ｔ−Ｔ０）^ｉ＋αｊ（Ｔ−Ｔ０）^ｊ （２）

上式（２）では、図３に示すような高次の残留成分を２つの高次関数により近似し、その近似高次関数の電圧ＶＳｈを発生することができる。例えば、ｉ次関数αｉ（Ｔ−Ｔ０）^ｉ及びｊ次関数αｊ（Ｔ−Ｔ０）^ｊのうち一方は奇数次関数であり、他方は偶数次関数である。奇数次関数は基準温度Ｔ０を中心に点対称な関数（例えば図１３）であり、偶数次関数は基準温度Ｔ０を中心に線対称な関数（例えば図１９）である。そのため、奇数次関数と偶数次関数を合成することで、奇数次同士又は偶数次同士を合成した場合よりも関数の形状を調整する自由度が大きくなり、補償精度を向上できる。

なお、合成関数ｇ（Ｔ−Ｔ０）は、下式（３）の関数であってもよい。関数ｆ（Ｔ−Ｔ０）は、ｉ次及びｊ次以外の次数をもつ関数で構成されており、３次以下の関数を含んでもよいし、４次以上の高次関数を含んでもよい。
ｇ（Ｔ−Ｔ０）＝αｉ（Ｔ−Ｔ０）^ｉ＋αｊ（Ｔ−Ｔ０）^ｊ＋ｆ（Ｔ−Ｔ０） （３）

例えば、ｍを１≦ｍ≦３の自然数とし、αｍを所定の係数とする場合に、関数ｆ（Ｔ−Ｔ０）は下式（４）の関数である。
ｆ（Ｔ−Ｔ０）＝αｍ（Ｔ−Ｔ０）^ｍ （４）

あるいは、関数ｆ（Ｔ−Ｔ０）は下式（５）の関数であってもよいし、下式（６）の関数であってもよい。ｋはｋ＞ｊ＞ｉ≧４の自然数であり、αｋは所定の係数である。
ｆ（Ｔ−Ｔ０）＝αｋ（Ｔ−Ｔ０）^ｋ （５）
ｆ（Ｔ−Ｔ０）＝αｍ（Ｔ−Ｔ０）^ｍ＋αｋ（Ｔ−Ｔ０）^ｋ （６）

水晶振動子の温度特性から０次、１次、３次の成分を除いた高次の成分は、ｉ次とｊ次の２つの関数のみで完全に近似できるとは限らない。特に、より高精度な補償が必要となった場合、ｉ次とｊ次の２つの関数のみでは補償できない可能性がある。この点、上式（４）〜（６）によれば、高次成分がｉ次とｊ次の２つの関数だけのときよりも複雑な高次成分を出力できるため、水晶振動子の温度特性に対するフィッティング精度を向上でき、より高精度な温度補償が可能になる。基本的には、１次、３次の成分については１次成分電圧ＶＳ１と３次成分電圧ＶＳ３により補償するが、１次成分電圧ＶＳ１と３次成分電圧ＶＳ３で補償した後の残留成分を補償するのが高次成分電圧ＶＳｈである。この残留成分は、主にｉ次及びｊ次ではあるが、更にｋ次成分やｍ次成分を高次成分電圧ＶＳｈに追加し、補償の精度を上げることで、高次の補償を残留成分に近づけることができる。このようにｋ次成分やｍ次成分などの次数を増やしたとしても、ゲイン調整は高次成分電圧ＶＳｈに対する１つで良いため、高次の各次数を個別にゲイン調整する場合よりも回路規模の増大を抑制できる。高次成分電圧ＶＳｈのゲイン調整が１つであるため、高次成分の調整自由度は、高次の各次数を個別にゲイン調整する場合よりも小さくなる。しかしながら、高次の残留成分は水晶振動子の製品固有の温度特性に依存するため、同一製品の各個体の温度特性は相似となり、高次成分を１つのゲインで調整しても十分に高精度な補償が可能となる。

２．温度補償用電圧ＶＣＯＭＰの調整方法
図４に、本実施形態において温度補償用電圧ＶＣＯＭＰを調整する方法のフローチャートを示す。例えば、この調整フローは、水晶振動子と発振回路ＩＣ（広義には回路装置）をパッケージングする組み立て工程において実行される。

図４に示すように、調整フローを開始すると、温度槽の温度を測定ポイントに順次設定し、水晶振動子単体の周波数温度特性を取得する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、測定ポイントは例えば５ポイント等とし、ラフな温度特性を取得する。次に、水晶振動子と、本実施形態の温度補償回路が組み込まれた発振回路ＩＣとを一体にパッケージし、温度補償型水晶発振器ＴＣＸＯに組み立てる（ステップＳ２）。

次に、ステップＳ１で取得した温度特性を１次関数及び３次関数で近似し、１次成分のゲイン値Ａ１と、３次成分のゲイン値Ａ３と、基準温度Ｔ０（図５の電圧ＶＡＴ０）とを求める（ステップＳ３）。ステップＳ３では、温度範囲の中心部分（基準温度Ｔ０の周辺）で、最小二乗法による誤差が小さくなるようにＡ１、Ａ３、Ｔ０を決定する。次に、求めたゲイン値Ａ１、Ａ３と、基準温度Ｔ０とを記憶部９０に書き込む。

次に、温度槽の温度を測定ポイントに順次設定し、ＴＣＸＯの温度特性を測定する（ステップＳ５）。ここで測定される温度特性は、図３で説明したように、温度特性の１次成分と３次成分が補正された後の高次の残留成分である。次に、ステップＳ５で取得した温度特性を高次関数で近似し、高次成分のゲイン値Ａｈを求める（ステップＳ６）。ステップＳ６では、最小二乗法により、残留成分と高次関数の誤差が小さくなるようにＡｈを決定する。次に、求めたゲイン値Ａｈを記憶部９０に書き込む（ステップＳ７）。

次に、０次成分電圧Ａ０（ＶＳ０）を調整し、決定したＡ０を記憶部９０に書き込む（ステップＳ８）。Ａ０は、ＴＣＸＯの発振周波数の絶対値を調整するパラメーターであり、仕様で決められた発振周波数となるようにＡ０を決定する。

図４の調整フローでは、まず、ゲイン値Ａ１、Ａ３及び基準温度Ｔ０を調整することにより温度特性の１次成分及び３次成分を補償し、次に、その残留成分である高次成分を、ゲイン値Ａｈを調整することにより補償する。これにより、温度特性から１次成分及び３次成分を除いた残留成分を、簡素な手法で、即ち１つのゲイン値Ａｈを調整するだけで、補償することができる。

なお、本実施形態の調整フローは図４の調整フローに限定されない。例えば、ゲイン値Ａ１、Ａ３、Ａｈ及び基準温度Ｔ０を１回の近似計算で求めてもよい。この場合、ＴＣＸＯの温度特性を、温度補償されていない状態で測定し、その測定された温度特性に対して最小二乗法によりＡ１、Ａ３、Ａｈ、Ｔ０を決定すればよい。このようにすれば、更に簡素な調整フローでパラメーターを決定できる。

３．温度センサー
次に、図１で説明した温度調整回路の詳細な構成について説明する。まず、図５に、温度センサー１０の詳細な構成例を示す。

図５に示すように、温度センサー１０は、一端に定電圧ＶＲＴが供給される抵抗素子ＲＴと、抵抗素子ＲＴの他端にコレクター端子が接続されるバイポーラトランジスターＴＲＴ１と、バイポーラトランジスターＴＲＴ１のエミッター端子にコレクター端子が接続されるバイポーラトランジスターＴＲＴ２と、を含む。

バイポーラトランジスターＴＲＴ１、ＴＲＴ２は、それぞれダイオード接続されており、バイポーラトランジスターＴＲＴ１のコレクター端子に接続されるノードに、温度特性をもつ電圧ＶＴＳＱが出力される。電圧ＶＴＳＱの温度特性は、バイポーラトランジスターＴＲＴ１、ＴＲＴ２のベース−エミッター間電圧の温度依存性によって生じる。図６に示すように、電圧ＶＴＳＱは、負の勾配をもつ１次の温度特性を有している。

図５の温度センサー１０は、正極入力端子に電圧ＶＴＳＱが入力される演算増幅器ＯＰＡと、基準温度Ｔ０を調整する電圧ＶＡＴ０が一端に供給され、他端が演算増幅器ＯＰＡの負極入力端子に接続される抵抗素子ＲＡ１と、一端が演算増幅器ＯＰＡの負極入力端子に接続され、他端が演算増幅器ＯＰＡの出力端子に接続される抵抗素子ＲＡ２と、を含む。

演算増幅器ＯＰＡ及び抵抗素子ＲＡ１、ＲＡ２は、電圧ＶＡＴ０を基準として電圧ＶＴＳＱを正転増幅する増幅アンプを構成しており、温度検出電圧ＶＴ＝ＶＡＴ０＋（１＋ＲＡ２／ＲＡ１）（ＶＴＳＱ−ＶＡＴ０）を出力する。図７に示すように、基準電圧ＶＡＴ０を例えばＶＡＴ０ａ、ＶＡＴ０ｂに調整することにより、基準温度Ｔ０をＴ０ａやＴ０ｂに調整することができる。基準電圧ＶＡＴ０を出力する基準温度調整回路１５は、例えば、電源電圧ＶＤＤとグランド電圧ＶＳＳの間を抵抗分割する抵抗分割回路により構成できる。この場合、ＶＡＴ０を出力する分割タップを、記憶部９０に記憶された基準温度Ｔ０に基づいてスイッチングすることにより、基準温度Ｔ０が調整される。

４．高次成分発生回路
図８に、図１の高次成分発生回路５０と高次成分ゲイン調整回路８０の詳細な構成例を示す。

高次成分発生回路５０は、出力ノードＮＩｈに接続されるｉ次成分発生回路５１と、ノードＮＩｈに接続されるｊ次成分発生回路５２と、を含む（ｉ，ｊは、ｊ＞ｉ≧４の自然数）。なお、高次成分発生回路５０は、ノードＮＩｈに接続されるｍ次成分発生回路や、ノードＮＩｈに接続されるｋ次成分発生回路を更に含んでもよい（ｍは１≦ｍ≦３の自然数、ｋはｋ≧４、ｋ≠ｉ，ｊの自然数）。

ｉ次成分発生回路５１は、ｉ次関数αｉ（Ｔ−Ｔ０）^ｉを近似するｉ次成分電流ＩＳｉを出力し、ｊ次成分発生回路５２は、ｊ次関数αｊ（Ｔ−Ｔ０）^ｊを近似するｊ次成分電流ＩＳｊを出力する。ノードＮＩｈには、これらの電流ＩＳｉ、ＩＳｊが加算された高次成分電流ＩＳｈ＝ＩＳｉ＋ＩＳｊが出力され、その高次成分電流ＩＳｈが高次成分ゲイン調整回路８０に入力される。

高次成分ゲイン調整回路８０は、負極入力端子がノードＮＩｈに接続され、正極入力端子に図示しない電圧供給回路からの定電圧ＶＲｈが供給される演算増幅器ＯＰｈと、一端がノードＮＩｈに接続され、他端が出力ノードＮＶｈに接続される可変抵抗素子Ｒｈと、を含む。

高次成分ゲイン調整回路８０は、定電圧ＶＲｈを基準電圧として高次成分電流ＩＳｈを電流電圧変換（ＩＶ変換）し、高次成分電圧ＶＳｈ＝ＶＲｈ−Ｒｈ×ＩＳｈを出力する。電流電圧変換のゲイン値はＲｈであり、このゲイン値Ｒｈが高次成分ゲイン値Ａｈに対応している。例えば、可変抵抗素子Ｒｈは、直列接続された複数の分割抵抗で構成されており、演算増幅器ＯＰｈの負極入力端子に接続される分割タップを、記憶部９０に記憶されたゲイン値Ａｈに基づいて選択し、ゲイン値Ｒｈを設定する。

なお、１次成分ゲイン調整回路６０、３次成分ゲイン調整回路７０は、上記の高次成分ゲイン調整回路８０と同様の構成により実現できるので、図示及び説明を省略する。

５．奇数次成分発生回路
図９に、奇数次成分発生回路の詳細な構成例を示す。この構成例は、３次以上の奇数次の成分信号を発生する発生回路に適用できる。即ち、図１の３次成分発生回路４０や、図８のｉ，ｊ次成分発生回路５１、５２が奇数次成分発生回路である場合や、ｍ次成分発生回路が３次成分発生回路である場合や、ｋ次成分発生回路が奇数次成分発生回路である場合に適用できる。

図９に示すように、奇数次成分発生回路は、温度検出電圧ＶＴを制御電圧ＶＭＫに変換する第１の差動回路ＤＦ１と、制御電圧ＶＭＫを奇数次成分電流ＩＳＫ（広義には奇数次成分信号）に変換する第２の差動回路ＤＦ２と、を含む。

第１の差動回路ＤＦ１は、図示しない電圧供給回路からの定電圧ＶＲ１が一端に供給される抵抗素子Ｒ１１と、抵抗素子Ｒ１１の他端にコレクター端子が接続されるバイポーラトランジスターＴＲ１（第１トランジスター）と、バイポーラトランジスターＴＲ１のエミッター端子に一端が接続される抵抗素子Ｒ１２と、を含む。また、第１の差動回路ＤＦ１は、一端に定電圧ＶＲ１が供給される抵抗素子Ｒ２１と、抵抗素子Ｒ２１の他端にコレクター端子が接続されるバイポーラトランジスターＴＲ２（第２トランジスター）と、バイポーラトランジスターＴＲ２のエミッター端子に一端が接続される抵抗素子Ｒ２２と、を含む。また、第１の差動回路ＤＦ１は、抵抗素子Ｒ１２の他端及び抵抗素子Ｒ２２の他端に接続される電流バイアス回路ＩＢ１を含む。

抵抗素子Ｒ１１、Ｒ２１の抵抗値は同一であり、抵抗素子Ｒ１２、Ｒ２２の抵抗値は同一であり、バイポーラトランジスターＴＲ１、ＴＲ２のサイズは同一である。バイポーラトランジスターＴＲ１のベース端子には、温度検出電圧ＶＴが入力され、バイポーラトランジスターＴＲ２のベース端子には、図示しない電圧供給回路からの所定電圧ＶＲ２が入力される。所定電圧ＶＲ２は、基準温度Ｔ０における温度検出電圧ＶＴと同一の電圧である。これらのバイポーラトランジスターＴＲ１、ＴＲ２は、温度検出電圧ＶＴの変化に伴って差動動作を行う。

具体的には、バイポーラトランジスターＴＲ１、ＴＲ２のコレクター電流をＩＣ１、ＩＣ２とし、温度をＴとすると、Ｔ＜Ｔ０の温度領域ではＶＴ＞ＶＲ２となるので、ＩＣ１＞ＩＣ２となる。この温度領域では、図１０に示すように、温度Ｔが下がるほど電圧ＶＭＫが上昇し、電圧ＶＲ１に漸近していく。一方、Ｔ＞Ｔ０の温度領域ではＶＴ＜ＶＲ２となるので、ＩＣ１＜ＩＣ２となる。この温度領域では、図１０に示すように、温度Ｔが上がるほど電圧ＶＭＫが下降し、電圧ＶＸに漸近していく。電圧ＶＸは、抵抗素子Ｒ２１、Ｒ２２の抵抗比で決まる電圧である。図１０の例では、ＶＲ２＝（ＶＲ１＋ＶＸ）／２である。

図１１に示すように、基準温度Ｔ０（例えば室温）において電圧ＶＭＫの傾きと温度検出電圧ＶＴの傾きが同一（ほぼ同一を含む）となるように、バイポーラトランジスターＴＲ１、ＴＲ２のサイズや電流バイアス回路ＩＢ１の電流値を設定する。このようにすれば、図１２（Ｂ）で後述するように、基準温度Ｔ０付近（例えば室温付近）で奇数次成分電流ＩＳＫが変化しなくなるため、奇数次関数（又は図１４において偶数次関数）を近似する電流ＩＳＫを生成することができる。

図９の第２の差動回路ＤＦ２は、ソース端子が定電圧ＶＲ３（例えば電源電圧ＶＤＤ）のノードに接続されるＰ型のＣＭＯＳトランジスターＣＭ１と、ＣＭＯＳトランジスターＣＭ１のドレイン端子にコレクター端子が接続されるバイポーラトランジスターＴＲ３（第３トランジスター）と、バイポーラトランジスターＴＲ３のエミッター端子に一端が接続される抵抗素子Ｒ３と、を含む。また、第２の差動回路ＤＦ２は、ソース端子が定電圧ＶＲ３のノードに接続されるＰ型のＣＭＯＳトランジスターＣＭ２と、ＣＭＯＳトランジスターＣＭ２のドレイン端子にコレクター端子が接続されるバイポーラトランジスターＴＲ４（第４トランジスター）と、バイポーラトランジスターＴＲ４のエミッター端子に一端が接続される抵抗素子Ｒ４と、を含む。また、第２の差動回路ＤＦ２は、抵抗素子Ｒ３の他端及び抵抗素子Ｒ３の他端に接続される電流バイアス回路ＩＢ２を含む。

ＣＭＯＳトランジスターＣＭ１、ＣＭ２のサイズは同一であり、カレントミラー回路を構成している。即ち、ＣＭ１、ＣＭ２のドレイン電流は等しくなる。ＣＭ２のドレイン電流は、バイポーラトランジスターＴＲ４のコレクター電流ＩＣ４と等しいので、ＣＭ１のドレイン電流はＩＤ１＝ＩＣ４である。また、抵抗素子Ｒ３、Ｒ４の抵抗値は同一であり、バイポーラトランジスターＴＲ３、ＴＲ４のサイズは同一である。バイポーラトランジスターＴＲ３のベース端子には制御電圧ＶＭＫが入力され、バイポーラトランジスターＴＲ４のベース端子には温度検出電圧ＶＴが入力される。これらのバイポーラトランジスターＴＲ３、ＴＲ４は、制御電圧ＶＭＫ及び温度検出電圧ＶＴの変化に伴って差動動作を行い、ＴＲ３のコレクター端子に接続されるノードから奇数次成分電流ＩＳＫが出力される。

ＴＲ３、ＴＲ４の差動動作について、図１２（Ａ）に示す制御電圧ＶＭＫａ及び図１２（Ｂ）に示す奇数次成分電流ＩＳＫａを例にとって説明する。図１１で説明したように、基準温度Ｔ０付近ではＶＭＫａ＝ＶＴである。そのため、図９に示すように、バイポーラトランジスターＴＲ３、ＴＲ４のコレクター電流をＩＣ３、ＩＣ４とすると、ＶＭＫａ＝ＶＴである温度範囲ではＩＣ３＝ＩＣ４となる。ＣＭＯＳトランジスターＣＭ１のドレイン電流はＩＤ１＝ＩＣ４であるため、ＩＳＫａ＝ＩＤ１−ＩＣ３＝ＩＣ４−ＩＣ３＝０となる。即ち、図１２（Ｂ）に示すように、ＶＭＫａ＝ＶＴである温度範囲をＴＬＫａ＜Ｔ＜ＴＨＫａとすると、この温度範囲ではＩＳＫａ＝０である。

Ｔ＜ＴＬＫａの温度範囲ではＶＭＫａ＜ＶＴであるため、ＩＣ３＜ＩＣ４となり、ＩＳＫａ＝ＩＣ４−ＩＣ３＞０となる。図１２（Ｂ）に示すように、Ｔ＜ＴＬＫａの温度範囲では温度Ｔが下がるほどＩＳＫａは大きくなり、ＩＳＫａは負の傾きを有している。一方、Ｔ＞ＴＬＫａの温度範囲では、ＶＭＫａ＞ＶＴであるため、ＩＣ３＞ＩＣ４となり、ＩＳＫａ＝ＩＣ４−ＩＣ３＜０となる。図１２（Ｂ）に示すように、Ｔ＞ＴＬＫａの温度範囲では温度Ｔが上がるほどＩＳＫａは大きくなり、ＩＳＫａは負の傾きを有している。

奇数次関数の次数は、図１２（Ａ）に示すように、電圧範囲（ＶＲ１−ＶＸ）を調整することで決定され、電圧範囲（ＶＲ１−ＶＸ）が小さいほど次数が小さくなる。例えば、図１２（Ａ）に示す制御電圧ＶＭＫａ〜ＶＭＫｃの電圧範囲は、（ＶＲ１ａ−ＶＸａ）＞（ＶＲ１ｂ−ＶＸｂ）＞（ＶＲ１ｃ−ＶＸｃ）である。図１２（Ｂ）に示すように、奇数次成分電流がＩＳＫａ〜ＩＳＫｃ＝０となる温度範囲は、制御電圧ＶＭＫａ〜ＶＭＫｃの電圧範囲に応じて、（ＴＨＫａ−ＴＬＫａ）＞（ＴＨＫｂ−ＴＬＫｂ）＞（ＴＨＫｃ−ＴＬＫｃ）である。ＩＳＫ＝０である温度範囲（ＴＨＫ−ＴＬＫ）が広いほど高次数の関数を近似しており、例えばＩＳＫａ、ＩＳＫｂ、ＩＳＫｃは、７次、５次、３次成分電流である。

図１３に、奇数次成分電流ＩＳＫを、図８で説明した高次成分ゲイン調整回路８０により電流電圧変換した場合の、奇数次成分電圧ＶＳＫの特性例を示す。図８で説明したように、奇数次成分電圧は、ＶＳＫ＝ＶＲｈ−Ｒｈ×ＩＳＫとなる。これは反転増幅であるため、図１３に示すＶＳＫの傾きと、図１２（Ｂ）に示すＩＳＫの傾きは、符号が反転されている。このようにして、基準温度Ｔ０を含む温度範囲ＴＬＫ＜Ｔ０＜ＴＨＫにおいて一定の電圧であり、温度範囲Ｔ＜ＴＬＫ、ＴＨＫ＜Ｔにおいて正の傾きをもつ奇数次成分電圧ＶＳＫを得ることができる。

なお、本実施形態はこれに限定されず、温度範囲Ｔ＜ＴＬＫ、ＴＨＫ＜Ｔにおいて負の傾きをもつ奇数次成分電圧ＶＳＫが得られるように奇数次成分発生回路やゲイン調整回路を構成してもよい。

６．偶数次成分発生回路
図１４に、偶数次成分発生回路の詳細な構成例を示す。この構成例は、２次以上の偶数次の成分信号を発生する発生回路に適用できる。即ち、図８のｉ，ｊ次成分発生回路５１、５２が偶数次成分発生回路である場合や、ｍ次成分発生回路が２次成分発生回路である場合や、ｋ次成分発生回路が偶数次成分発生回路である場合に適用できる。

図１４に示すように、偶数次成分発生回路は、温度検出電圧ＶＴを制御電圧ＶＭＧに変換する第３の差動回路ＤＦ３と、制御電圧ＶＭＧを差動電流ＩＣ７、ＩＣ８に変換する第４の差動回路ＤＦ４と、差動電流ＩＣ７、ＩＣ８に基づいて偶数次成分電流ＩＳＧ（広義には偶数次成分信号）を出力する出力回路ＩＳＱと、を含む。

第３の差動回路ＤＦ３は、抵抗素子Ｒ５１、Ｒ５２、バイポーラトランジスターＴＲ５（第５トランジスター）、抵抗素子Ｒ６１、Ｒ６２、バイポーラトランジスターＴＲ６（第６トランジスター）、電流バイアス回路ＩＢ３を含む。第３の差動回路ＤＦ３は、図９で説明した第１の差動回路ＤＦ１と同様の構成及び動作であるため、説明を省略する。

なお本実施形態では、３次成分発生回路４０、ｉ次成分発生回路５１、ｊ次成分発生回路５２、ｍ次成分発生回路、ｋ次成分発生回路に対して、それぞれ差動回路ＤＦ１（又はＤＦ３）を設けてもよいし、共通の１つの差動回路ＤＦ１を設けてもよい。

第４の差動回路ＤＦ４は、Ｐ型のＣＭＯＳトランジスターＣＭ３、抵抗素子Ｒ７、バイポーラトランジスターＴＲ７（第７トランジスター）、Ｐ型のＣＭＯＳトランジスターＣＭ４、抵抗素子Ｒ８、バイポーラトランジスターＴＲ８（第８トランジスター）、電流バイアス回路ＩＢ４を含む。第４の差動回路ＤＦ４は、図９で説明した第２の差動回路ＤＦ２と同様の構成及び動作であるため、説明を省略する。

出力回路ＩＳＱは、ソース端子が定電圧ＶＲ３（例えば電源電圧ＶＤＤ）のノードに接続されるＰ型のＣＭＯＳトランジスターＣＭ５〜ＣＭ７を含む。また、出力回路ＩＳＱは、コレクター端子がＣＭＯＳトランジスターＣＭ６、ＣＭ７のドレイン端子に接続されるバイポーラトランジスターＴＲ９と、グランド電圧ＶＳＳのノードに一端が接続され、他端がバイポーラトランジスターＴＲ９のエミッター端子に接続される抵抗素子Ｒ９と、グランド電圧ＶＳＳのノードに一端が接続される抵抗素子Ｒ１０と、エミッター端子が抵抗素子Ｒ１０の他端に接続されるバイポーラトランジスターＴＲ１０と、を含む。また、出力回路ＩＳＱは、ＣＭＯＳトランジスターＣＭ６のドレイン端子及びＣＭＯＳトランジスターＣＭ７のドレイン端子に接続される電流バイアス回路ＩＢ５を含む。

ＣＭＯＳトランジスターＣＭ５のドレイン端子は、バイポーラトランジスターＴＲ７のコレクター端子のノードに接続され、ＣＭＯＳトランジスターＣＭ５、ＣＭ６はカレントミラー回路を構成している。ＣＭ５のドレイン電流ＩＨ’は、図９の電流ＩＳＫと比較するとＩＨ’＝−ＩＳＫなので、図１２（Ｂ）から、Ｔ＜Ｔ０の温度範囲においてＩＨ’≦０である。ＩＨ’≦０の場合はミラーされないので、Ｔ＜Ｔ０の温度範囲では、ＣＭ６のドレイン電流はＩＨａ＝０である。一方、Ｔ＞Ｔ０の温度範囲ではＩＨ’＝−ＩＳＫ≧０なので、ＣＭ５、ＣＭ６のサイズが同一である場合を例にとると、ＩＨａ＝−ＩＳＫとなる。以上より、ＩＨａは図１６に示すような特性となる。

一方、ＣＭＯＳトランジスターＣＭ７は、ＣＭＯＳトランジスターＣＭ４とカレントミラー回路を構成している。即ち、ＣＭ４、ＣＭ７のサイズが同一である場合を例にとると、ＣＭ７のドレイン電流ＩＬａはＣＭ４のドレイン電流ＩＣ８と同一（ＩＬａ＝ＩＣ８）である。ＩＣ８＋ＩＣ７＝ＩＢ４、ＩＣ８＝ＩＣ７−ＩＨ’、ＩＨ’＝−ＩＳＫより、ＩＬａ＝ＩＣ８＝ＩＢ４×０．５−ＩＳＫ×０．５となり、ＩＬａは図１５に示すような特性となる。電流バイアス回路ＩＢ５は、バイアス電流ＩＢ５＝ＩＢ４×０．５を発生するので、ＩＬａ−ＩＢ５＝ＩＳＫ×０．５となり、ＩＬａ−ＩＢ５は図１６に示すような特性となる。

以上より、Ｔ＜Ｔ０の温度範囲ではＩＨａ＝０、ＩＬａ−ＩＢ５＝ＩＳＫ×０．５なので、ＩＳＧ’＝ＩＨａ＋（ＩＬａ−ＩＢ５）＝ＩＳＫ×０．５となる。Ｔ＞Ｔ０の温度範囲ではＩＨａ＝−ＩＳＫ、ＩＬａ−ＩＢ５＝ＩＳＫ×０．５なので、ＩＳＧ’＝−ＩＳＫ×０．５となる。即ち、図１７に示すように、電流ＩＳＧ’は、温度Ｔ０に対して線対称な電流となる。バイポーラトランジスターＴＲ９、ＴＲ１０のサイズが同一である場合を例にとると、ＩＳＧ＝ＩＳＧ’であり、基準温度Ｔ０に対して線対称な偶数次成分信号ＩＳＧを得ることができる。

偶数次関数の次数は、奇数次関数と同様に、制御信号ＶＭＧの電圧範囲（ＶＲ１−ＶＸ）を調整することで決定され、電圧範囲（ＶＲ１−ＶＸ）が小さいほど次数が小さくなる。即ち、図１８に示すように、偶数次成分電流がＩＳＧａ〜ＩＳＧｃ＝０となる温度範囲は、図１２（Ａ）に示す制御電圧ＶＭＫａ〜ＶＭＫｃ（ＶＭＧａ〜ＶＭＧｃ）の電圧範囲に応じて、（ＴＨＧａ−ＴＬＧａ）＞（ＴＨＧｂ−ＴＬＧｂ）＞（ＴＨＧｃ−ＴＬＧｃ）である。ＩＳＧ＝０である温度範囲（ＴＨＧ−ＴＬＧ）が広いほど高次数の関数を近似しており、例えばＩＳＧａ、ＩＳＧｂ、ＩＳＧｃは、６次、４次、２次成分電流である。

図１９に、偶数次成分電流ＩＳＧを、図８で説明した高次成分ゲイン調整回路８０により電流電圧変換した場合の、偶数次成分電圧ＶＳＧの特性例を示す。図８で説明したように、偶数次成分電圧は、ＶＳＧ＝ＶＲｈ＋Ｒｈ×ＩＳＧ（ＩＳＧとＩＳｈは電流の向きの定義が逆）となる。これは正転増幅であるため、図１８に示すＶＳＧの傾きと、図１８に示すＩＳＧの傾きは、符号が同一である。このようにして、基準温度Ｔ０を含む温度範囲ＴＬＧ＜Ｔ０＜ＴＨＧにおいて一定の電圧であり、温度範囲Ｔ＜ＴＬＧにおいて負の傾きをもち、ＴＨＧ＜Ｔにおいて正の傾きをもつ偶数次成分電圧ＶＳＧを得ることができる。

なお、本実施形態はこれに限定されず、温度範囲Ｔ＜ＴＬＧにおいて正の傾きをもち、ＴＨＧ＜Ｔにおいて負の傾きをもつ偶数次成分電圧ＶＳＧが得られるように偶数次成分発生回路やゲイン調整回路を構成してもよい。

７．発振回路
図２０に、本実施形態の温度補償回路を適用できる発振回路の構成例を示す。

図２０の発振回路は、エミッター端子がグランド電圧ＶＳＳのノードに接続されるバイポーラトランジスターＴＲＸと、一端がバイポーラトランジスターＴＲＸのベース端子に接続され、他端がバイポーラトランジスターＴＲＸのコレクター端子に接続される抵抗素子ＲＸと、バイポーラトランジスターＴＲＸのコレクター端子にバイアス電流を供給する電流バイアス回路ＩＢＸと、を含む。また、発振回路は、一端がバイポーラトランジスターＴＲＸのコレクター端子に接続されるキャパシターＣ３と、一端がキャパシターＣ３の他端に接続され、他端がバイポーラトランジスターＴＲＸのベース端子に接続される水晶振動子ＸＴＡＬと、を含む。また、発振回路は、一端が水晶振動子ＸＴＡＬの一端に接続され、他端がグランド電圧ＶＳＳのノードに接続される可変容量キャパシターＣ１と、一端が水晶振動子ＸＴＡＬの他端に接続され、他端がグランド電圧ＶＳＳのノードに接続されるキャパシターＣ２と、を含む。

バイポーラトランジスターＴＲＸには、水晶振動子ＸＴＡＬの発振により生じたベース−エミッター間電流が流れる。ベース−エミッター間電流が増加すると、コレクター−エミッター間電流が増加し、電流バイアス回路ＩＢＸから抵抗素子ＲＸに分岐するバイアス電流が減少するので、コレクター電圧Ｖｃが低下する。一方、ベース−エミッター間電流が減少すると、コレクター−エミッター間電流が減少し、電流バイアス回路ＩＢＸから抵抗素子ＲＸに分岐するバイアス電流が増加するので、コレクター電圧Ｖｃが上昇する。コレクター電圧ＶｃはキャパシターＣ３を介して水晶振動子ＸＴＡＬにフィードバックされるので、水晶振動子ＸＴＡＬが発振する。

水晶振動子ＸＴＡＬの発振周波数は温度特性（例えば図２の温度特性）をもっており、その温度特性は、温度補償回路が発生した温度補償用電圧ＶＣＯＭＰにより補償される。即ち、温度補償用電圧ＶＣＯＭＰは可変容量キャパシターＣ１に入力され、その温度補償用電圧ＶＣＯＭＰにより可変容量キャパシターＣ１の容量値が制御される。可変容量キャパシターＣ１の容量値が変化すると発振ループの共振周波数が変化するので、水晶振動子ＸＴＡＬの温度特性による発振周波数の変動が補償される。可変容量キャパシターＣ１は、例えば可変容量ダイオード（バラクター）により構成される。

なお、本実施形態の発振回路は図２０の構成に限定されず、種々の発振回路を採用することが可能である。また、図２０ではＣ１を可変容量キャパシターとする場合を例に説明したが、本実施形態はこれに限定されず、Ｃ２又はＣ３を、ＶＣＯＭＰで制御される可変容量キャパシターとしてもよい。また、Ｃ１〜Ｃ３のうち複数を、ＶＣＯＭＰで制御される可変容量キャパシターとしてもよい。

８．回路装置
図２１に、本実施形態の温度補償回路を適用できる回路装置の構成例を示す。

図２１の発振回路装置は、発振回路１１０、バッファー回路１２０、制御回路１３０、メモリー１４０（記憶部）、温度補償電圧発生回路１５０（温度補償回路）を含む。なお回路装置の構成は図１の構成には限定されず、その一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

発振回路１１０は、振動子ＸＴＡＬ（圧電振動子、水晶振動子）に接続される。具体的には第１、第２の振動子用端子ＴＸ１、ＴＸ２（振動子用パッド）を介して振動子ＸＴＡＬに接続される。発振回路１１０は、電圧を印加することで固有振動を起こす振動子ＸＴＡＬを一定の周波数で発振させるための回路である。この発振回路１１０は、端子ＴＸ１が入力ノードに接続され、端子ＴＸ２が出力ノードに接続される増幅回路などにより実現できる。

バッファー回路１２０は、発振回路１１０からの発振信号ＳＳＣをバッファリングする回路である。即ち外部の負荷を十分に駆動できるように信号のバッファリングを行う。バッファー回路１２０により、バッファリングされた信号は、出力信号ＳＱとして出力端子ＴＱを介して外部に出力される。

制御回路１３０は、発振回路１１０、バッファー回路１２０、メモリー１４０、温度補償電圧発生回路１５０の制御を行う。また外部とのインターフェース処理なども行う。この制御回路１３０は、例えばスタンダードセルやゲートアレイ等のロジック回路により実現される。

メモリー１４０は、回路装置の動作に必要な各種の情報を記憶する。例えば温度補償電圧発生回路１５０が温度補償処理を行うために必要な情報（ゲイン値Ａ０、Ａ１、Ａ３、Ａｈ、基準温度Ｔ０）等を記憶する。この情報は、電源端子ＴＶＤ、ＴＶＳ、出力端子ＴＱ、振動子用端子ＴＸ１、ＴＸ２、及び制御回路１３０を介して外部から書き込まれる。

温度補償電圧発生回路１５０は、ＴＣＸＯを実現するための温度補償用電圧を発生して、発振回路１１０に出力する。これにより発振周波数の温度補償が実現される。

９．電子機器
図２２に本実施形態の回路装置を含む電子機器の構成例を示す。この電子機器は、本実施形態の回路装置５００、水晶振動子等の振動子ＸＴＡＬ、アンテナＡＮＴ、通信部５１０、処理部５２０を含む。また操作部５３０、表示部５４０、メモリー５５０（記憶部）を含むことができる。なおこれらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

図２２の電子機器としては、例えば携帯型情報端末（携帯電話、スマートフォーン）、生体計測機器（脈拍計、歩数計等）、映像機器（デジタルカメラ、ビデオカメラ）などの種々の機器を想定できる。

通信部５１０（無線回路）は、アンテナＡＮＴを介して外部からデータを受信したり、外部にデータを送信する処理を行う。処理部５２０は、電子機器の制御処理や、通信部５１０を介して送受信されるデータの種々のデジタル処理などを行う。この処理部５２０の機能は、例えばマイクロコンピューターなどのプロセッサーにより実現される。

操作部５３０は、ユーザーが入力操作を行うためのものであり、操作ボタンやタッチパネルディスプレイをなどにより実現できる。表示部５４０は、各種の情報を表示するものであり、液晶や有機ＥＬなどのディスプレイにより実現できる。なお操作部５３０としてタッチパネルディスプレイを用いる場合には、このタッチパネルディスプレイが表示部５４０の機能を兼ねることになる。記憶部５５０は、データを記憶するものであり、その機能はＲＡＭやＲＯＭなどの半導体メモリーやＨＤＤ（ハードディスクドライブ）などにより実現できる。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また温度補償回路、回路装置、電子機器等の構成・動作や、温度補償用電圧の調整方法等も本実施形態で説明したものに限定に限定されず、種々の変形実施が可能である。

１０ 温度センサー、１５ 基準温度調整回路、２０ ０次成分発生回路、
３０ １次成分発生回路、４０ ３次成分発生回路、５０ 高次成分発生回路、
５１ ｉ次成分発生回路、５２ ｊ次成分発生回路、６０ １次成分ゲイン調整回路、
７０ ３次成分ゲイン調整回路、８０ 高次成分ゲイン調整回路、９０ 記憶部、
１００ 加算回路、１１０ 発振回路、１２０ バッファー回路、１３０ 制御回路、
１４０ メモリー、１５０ 温度補償電圧発生回路、５００ 回路装置、
５１０ 通信部、５２０ 処理部、５３０ 操作部、５４０ 表示部、
５５０ メモリー、
Ａ０，Ａ１，Ａ３，Ａｈ ゲイン値、ＡＮＴ アンテナ、
Ｃ１ 可変容量キャパシター、Ｃ２，Ｃ３ キャパシター、
ＣＭ１〜ＣＭ７ ＣＭＯＳトランジスター、ＤＦ１〜ＤＦ４ 第１〜第４の差動回路、
ＩＢ１〜ＩＢ４，ＩＢＸ 電流バイアス回路、ＩＳ１ １次成分電流、
ＩＳ３ ３次成分電流、ＩＳＧ 偶数次成分電流、ＩＳｈ 高次成分電流、
ＩＳｉ ｉ次成分電流、ＩＳｊ ｊ次成分電流、ＩＳＫ 奇数次成分電流、
ＩＳＱ 出力回路、ＯＰＡ，ＯＰｈ 演算増幅器、Ｒ１０ 抵抗素子、
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３，Ｒ４ 抵抗素子、
Ｒ５１，Ｒ５２，Ｒ６１，Ｒ６２，Ｒ７，Ｒ８ 抵抗素子、
ＲＡ１，ＲＡ２ 抵抗素子、Ｒｈ 可変抵抗素子、ＲＴ，ＲＸ 抵抗素子、
ＳＱ 出力信号、ＳＳＣ 発振信号、Ｔ 温度、Ｔ０ 基準温度、ＴＱ 出力端子、
ＴＲ１〜ＴＲ８ バイポーラトランジスター（第１〜第８トランジスター）、
ＴＲ９，ＴＲ１０ バイポーラトランジスター、
ＴＲＴ１，ＴＲＴ２，ＴＲＸ バイポーラトランジスター、
ＴＶＤ，ＴＶＳ 電源端子、ＴＸ１ 振動子用端子、ＶＡＴ０ 基準電圧、
Ｖｃ コレクター電圧、ＶＣＯＭＰ 温度補償用電圧、ＶＤＤ 電源電圧、
ＶＭＧ，ＶＭＫ 制御電圧、ＶＲ１，ＶＲ３，ＶＲｈ，ＶＲＴ 定電圧、
ＶＲ２ 所定電圧、ＶＳ０ ０次成分電圧、ＶＳ１ １次成分電圧、
ＶＳ３ ３次成分電圧、ＶＳＧ 偶数次成分電圧、ＶＳｈ 高次成分電圧、
ＶＳＫ 奇数次成分電圧、ＶＳＳ グランド電圧、ＶＴ 温度検出電圧、
ＸＴＡＬ 水晶振動子

Claims (15)

1. 温度センサーからの検出信号に基づいて、温度に対して１次関数で近似された１次成分信号を出力する１次成分発生回路と、
   前記検出信号に基づいて、前記温度に対して３次関数で近似された３次成分信号を出力する３次成分発生回路と、
   前記検出信号に基づいて、前記温度に対して高次関数で近似された高次成分信号を出力する高次成分発生回路と、
   前記１次成分信号が入力され、前記１次成分信号のゲインを調整して１次出力信号を出力する１次成分ゲイン調整回路と、
   前記３次成分信号が入力され、前記３次成分信号のゲインを調整して３次出力信号を出力する３次成分ゲイン調整回路と、
   前記高次成分信号が入力され、前記高次成分信号のゲインを調整して高次出力信号を出力する高次成分ゲイン調整回路と、
   前記１次出力信号と前記３次出力信号と前記高次出力信号とを加算して温度補償用電圧として出力する加算回路と、
   を含み、
   前記高次成分発生回路は、
   ３次関数よりも高次のｉ次関数（ｉは４以上の自然数）で近似された信号と、前記ｉ次関数よりも高次のｊ次関数（ｊはｊ＞ｉの自然数）で近似された信号と、が少なくとも合成された信号を、前記高次成分信号として出力し、
   前記温度補償電圧をＶＣＯＭＰとし、
   前記１次成分ゲイン調整回路のゲイン値をＡ１とし、前記３次成分ゲイン調整回路のゲイン値をＡ３とし、前記高次成分ゲイン調整回路のゲイン値をＡｈとし、温度をＴとし、基準温度をＴ０とし、αｉ、αｊを所定の係数とし、ｆ（Ｔ−Ｔ０）を温度Ｔの関数として、
   ＶＣＯＭＰ＝Ａｈ×（αｉ×（Ｔ−Ｔ０） ^ｉ ＋αｊ×（Ｔ−Ｔ０） ^ｊ ＋
   ｆ（Ｔ−Ｔ０））＋Ａ３×（Ｔ−Ｔ０） ^３ ＋Ａ１×（Ｔ−Ｔ０）＋Ａ０
   の関係を満足することを特徴とする温度補償回路。
2. 請求項１において、
   前記高次成分発生回路は、
   前記ｉ次関数と、前記ｊ次関数と、１次以上３次以下の関数であるｍ次関数（ｍは１≦ｍ≦３の自然数）とで近似された信号が合成された信号を、前記高次成分信号として出力することを特徴とする温度補償回路。
3. 請求項１において、
   前記高次成分発生回路は、
   前記ｉ次関数と、前記ｊ次関数と、前記ｊ次関数よりも高次のｋ次関数（ｋはｋ＞ｊの自然数）とで近似された信号が合成された信号を、前記高次成分信号として出力することを特徴とする温度補償回路。
4. 請求項１において、
   ｍを１≦ｍ≦３の自然数とし、αｍを所定の係数として、
   ｆ（Ｔ−Ｔ０）＝αｍ×（Ｔ−Ｔ０）^ｍ
   であることを特徴とする温度補償回路。
5. 請求項１において、
   ｋをｋ＞ｊ＞ｉ≧４の自然数とし、αｋを所定の係数として、
   ｆ（Ｔ−Ｔ０）＝αｋ×（Ｔ−Ｔ０）^ｋ
   であることを特徴とする温度補償回路。
6. 温度センサーからの検出信号に基づいて、温度に対して１次関数で近似された１次成分信号を出力する１次成分発生回路と、
   前記検出信号に基づいて、前記温度に対して３次関数で近似された３次成分信号を出力する３次成分発生回路と、
   前記検出信号に基づいて、前記温度に対して高次関数で近似された高次成分信号を出力する高次成分発生回路と、
   前記１次成分信号が入力され、前記１次成分信号のゲインを調整して１次出力信号を出力する１次成分ゲイン調整回路と、
   前記３次成分信号が入力され、前記３次成分信号のゲインを調整して３次出力信号を出力する３次成分ゲイン調整回路と、
   前記高次成分信号が入力され、前記高次成分信号のゲインを調整して高次出力信号を出力する高次成分ゲイン調整回路と、
   前記１次出力信号と前記３次出力信号と前記高次出力信号とを加算して温度補償用電圧として出力する加算回路と、
   を含み、
   前記高次成分発生回路は、
   ３次関数よりも高次のｉ次関数（ｉは４以上の自然数）で近似された信号と、前記ｉ次関数よりも高次のｊ次関数（ｊはｊ＞ｉの自然数）で近似された信号と、が少なくとも合成された信号を、前記高次成分信号として出力し、
   前記温度補償電圧をＶＣＯＭＰとし、
   前記１次成分ゲイン調整回路のゲイン値をＡ１とし、前記３次成分ゲイン調整回路のゲイン値をＡ３とし、前記高次成分ゲイン調整回路のゲイン値をＡｈとし、温度をＴとし、基準温度をＴ０とし、αｉ、αｊを所定の係数として、
   ＶＣＯＭＰ＝Ａｈ×（αｉ×（Ｔ−Ｔ０） ^ｉ ＋αｊ×（Ｔ−Ｔ０） ^ｊ ）＋
   Ａ３×（Ｔ−Ｔ０） ^３ ＋Ａ１×（Ｔ−Ｔ０）＋Ａ０
   の関係を満足することを特徴とする温度補償回路。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記高次成分信号は、
   前記１次成分信号と前記３次成分信号とにより温度補償対象デバイスの温度特性を補償した場合の残留成分を近似する信号であることを特徴とする温度補償回路。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、
   前記ｉ次関数及び前記ｊ次関数のうち一方が奇数次関数であり、他方が偶数次関数であり、
   前記高次成分発生回路は、
   前記奇数次関数で近似された奇数次成分信号を出力する奇数次成分発生回路と、
   前記偶数次関数で近似された偶数次成分信号を出力する偶数次成分発生回路と、
   を有することを特徴とする温度補償回路。
9. 請求項８において
   前記奇数次成分発生回路は、
   前記温度センサーからの前記検出信号に基づく検出電圧が入力される第１トランジスターと、所定電圧が入力される第２トランジスターとを有し、前記第１トランジスター及び前記第２トランジスターにより差動動作を行う第１差動回路と、
   前記第１差動回路からの出力電圧が入力される第３トランジスターと、前記検出電圧が入力される第４トランジスターとを有し、前記第３トランジスター及び前記第４トランジスターにより差動動作を行い、前記奇数次成分信号を出力する第２差動回路と、
   を有することを特徴とする温度補償回路。
10. 請求項８又は９において、
    前記偶数次成分発生回路は、
    前記温度センサーからの前記検出信号に基づく検出電圧が入力される第５トランジスターと、所定電圧が入力される第６トランジスターとを有し、前記第５トランジスター及び前記第６トランジスターにより差動動作を行う第３差動回路と、
    前記第３差動回路からの出力電圧が入力される第７トランジスターと、前記検出電圧が入力される第８トランジスターとを有し、前記第７トランジスター及び第８トランジスターにより差動動作を行う第４差動回路と、
    前記第７トランジスターの出力電流と、前記第８トランジスターの出力電流とを加算した電流に基づいて、前記偶数次成分信号を出力する出力回路と、
    を有することを特徴とする温度補償回路。
11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    前記１次成分ゲイン調整回路のゲインを調整するための情報と、前記３次成分ゲイン調整回路のゲインを調整するための情報と、前記高次成分ゲイン調整回路のゲインを調整するための情報と、が記憶される記憶部を含むことを特徴とする温度補償回路。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載された温度補償回路と、
    前記温度補償用電圧により、発振周波数の温度特性が補償される発振回路と、
    を含むことを特徴とする回路装置。
13. 請求項１２に記載された回路装置を含むことを特徴とする電子機器。
14. 請求項１１に記載された温度補償回路が出力する前記温度補償用電圧を調整する調整方法であって、
    前記１次成分ゲイン調整回路のゲインと、前記３次成分ゲイン調整回路のゲインとを調整して、温度補償対象デバイスの温度特性を補償する情報を求めて、前記１次成分ゲイン調整回路のゲインを調整するための情報と、前記３次成分ゲイン調整回路のゲインを調整するための情報とを前記記憶部に記憶させ、
    前記記憶部に記憶させた情報に基づいて補償された前記温度補償対象デバイスの温度特性に基づいて、前記高次成分ゲイン調整回路のゲインを調整して、前記温度後補償対象デバイスの温度特性を補償する情報を求めて、前記高次成分ゲイン調整回路のゲインを調整するための情報を前記記憶部に記憶させることを特徴とする調整方法。
15. 請求項１１に記載された温度補償回路が出力する前記温度補償用電圧を調整する調整方法であって、
    前記１次成分ゲイン調整回路のゲインと、前記３次成分ゲイン調整回路のゲインと、前記高次成分ゲイン調整回路のゲインとを調整して、温度補償対象デバイスの温度特性を補償する情報を求めて、
    前記１次成分ゲイン調整回路のゲインを調整するための情報と、前記３次成分ゲイン調整回路のゲインを調整するための情報と、前記高次成分ゲイン調整回路のゲインを調整するための情報とを、前記記憶部に記憶させることを特徴とする調整方法。
    

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