JP6377192B2 - 温度補償型水晶発振器 - Google Patents

温度補償型水晶発振器 Download PDF

Info

Publication number
JP6377192B2
JP6377192B2 JP2017021897A JP2017021897A JP6377192B2 JP 6377192 B2 JP6377192 B2 JP 6377192B2 JP 2017021897 A JP2017021897 A JP 2017021897A JP 2017021897 A JP2017021897 A JP 2017021897A JP 6377192 B2 JP6377192 B2 JP 6377192B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
temperature
voltage
compensation
characteristic
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2017021897A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017108443A (ja
Inventor
山本　賢
賢 山本
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.)
Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Nihon Dempa Kogyo 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 Nihon Dempa Kogyo Co Ltd filed Critical Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Publication of JP2017108443A publication Critical patent/JP2017108443A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6377192B2 publication Critical patent/JP6377192B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、温度補償を行う温度補償型水晶発振器に係り、特に、温度補償電圧の周波数ドリフト特性をキャンセルし、水晶の周波数ドリフト特性を補償し、発振回路の周波数ドリフト特性を補償することで、周波数ドリフト特性のうねり特性を抑制する温度補償型水晶発振器に関する。
［従来の技術］
従来の温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）は、電圧制御発振器に温度補償回路を付加して、周囲温度の変化による周波数の変動を少なくしたものである。
そして、従来の温度補償型水晶発振器では、電源供給直後に周波数がドリフト（変動又はふらつき）することがあり、特に電源投入による発熱によって周波数ドリフト特性が変化するようになっていた。
従来の周波数ドリフト特性を補償する方法が提案されており、その補償量は一定であった（特許文献１参照）。
温度補償型水晶発振器における周波数ドリフト特性は、周波数ドリフト特性がうねりを持った特性となっていた。
［周波数ドリフト特性：図２１］
周波数ドリフト特性について図２１を参照しながら説明する。図２１は、高温（＋８５℃）における周波数ドリフト特性を示す図である。尚、縦軸の周波数（Freq.）をLinearで、横軸の時間（Time(s)）をLogで表している。
電源投入後に、周波数ドリフトが発生するが、図２１において太い破線部分で囲んだ所がうねり部分を示している。
［電源投入後の水晶とＩＣの発熱の変化：図２２］
また、電源投入後の水晶とＩＣの発熱の変化について図２２を参照しながら説明する。図２２は、電源投入後の水晶とＩＣの発熱の変化を示す図である。尚、縦軸の温度はLinearで、横軸の温度（Temp.）はLinearで表示している。
図２２に示すように、ＩＣの発熱の変化が破線であり、水晶の温度の変化が実線であり、ＩＣの発熱の変化に比べて水晶の温度の変化が遅れて起こることがわかる。
［各要素の周波数特性：図２３］
次に、図２１に示した周波数ドリフト特性のうねりの発生原因となる各要素について図２３を参照しながら説明する。図２３は、高温又は低温におけるうねりの発生原因となる各要素の周波数特性を示す図である。尚、縦軸の周波数（Freq.）をLinearで、横軸の時間（Time(s)）をLinearで表している。
うねりの発生原因となる各要素には、温度補償周波数ドリフト特性、水晶周波数ドリフト特性、発振回路周波数ドリフト特性がある。
各要素の時定数と大きさが異なるため、従来の発振器全体として周波数ドリフト特性にうねりが生じる。
［温度センサ電圧ＶT ：図２４］
ここで、温度に対する温度センサ電圧ＶT について図２４を参照しながら説明する。図２４は、温度センサ電圧を示す図である。尚、縦軸は電圧［Ｖ］をLinearで表し、横軸は温度（temp.［℃］）をLinearで表している。
図２４に示すように、温度補償に用いられる温度センサでは、温度が低ければ温度センサ電圧ＶT は高く、温度が高くなれば温度センサ電圧ＶT は低く、両者は反対の傾向にあるものである。
［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開平１０−２２４１４８号公報「圧電発振器」（東洋通信機株式会社）［特許文献１］、特開平０７−２５４８１８号公報「電圧制御発振器」（株式会社東芝他）［特許文献２］、特開２００３−２５８５５１号公報「発振回路の温度補償回路およびその温度補償方法」（セイコーエプソン株式会社）［特許文献３］、特開２００８−２７１３５５号公報「表面実装用の温度補償水晶発振器」（日本電波工業株式会社）［特許文献４］、特許第４７４５１０２号公報「基準電流制御回路、温度補償機能付き水晶発振器制御ＩＣ、水晶発振器、ＴＣＸＯモジュールおよび携帯電話機」（パナソニック株式会社）［特許文献５］、国際公開第２００４／０２５８２４号公報「近似ｎ次関数発生装置及び温度補償水晶発振回路」（旭化成マイクロシステム株式会社）［特許文献６］がある。
特許文献１には、トランジスタ、抵抗及び容量から成る増幅部と圧電振動子と可変容量ダイオード、抵抗及び容量から成る制御電圧部とから構成される電圧制御型圧電発振器において、可変容量ダイオードのアノード端子の電圧を時間と共に可変にすることで、圧電発振回路の周波数起動特性を短縮することが示されている。
特許文献２には、電圧制御発振器において、温度ドリフト補償回路により制御電圧の制御特性のリニアリティ最良点に対する温度ドリフト補償を行うことが示されている。
特許文献３には、発振回路において、補正間隔決定回路が、温度センサからの検出温度に基づいて温度変化を求め、温度変化に応じて発振回路の発振周波数を補正する補正間隔を決定することが示されている。
特許文献４には、温度補償水晶発振器において、ＩＣチップの起動時における発熱による検出温度と水晶片の動作温度との温度差に基づく温度補償電圧の補償誤差分を予め計測し、補償誤差分を補正する起動時補正電圧を電圧可変容量素子に印加することが示されている。
特許文献５には、基準電流制御回路において、キャンセル回路が電圧V1(t)の変動と逆方向の電圧V2(t)を出力し、足し算回路にてV１(t)と足され、変動の無い電圧V3(t)となって電圧−電流変換回路の入力トランジスタのベースに入力され、時定数回路により一定時間後、キャンセル回路と足し算回路の間にあるスイッチをオフにすることが示されている。
また、水晶の発振周波数の温度特性（水晶周波数温度特性）は、温度の３次以上の関数で表されることが知られており、特許文献６には、水晶発振回路において関数を用いて水晶周波数温度特性を補償することが記載されている。
特許文献６における温度補償水晶発振回路について図２５を用いて説明する。図２５は、従来の温度補償水晶発振回路の構成ブロック図である。
図２５に示すように、従来の温度補償水晶発振回路は、温度検出回路２１０と、近似５次関数発生装置２００と、ＶＣＸＯ（Voltage Controlled Crystal Oscillator；電圧制御水晶発振器）２３０とを備えている。
温度検出回路２１０は、温度変化に対して１次関数的に変化するアナログ出力を出力する。
ＶＣＸＯ２３０は、水晶振動子を備え、制御電圧に応じた周波数を出力する。
近似５次関数発生装置２００は、温度検出回路２１０からの温度に応じた電圧について近似５次関数を生成し、温度補償電圧としてＶＣＸＯ２３０に出力する。
近似５次関数発生装置２００は、１次成分発生部２０１と、３次成分発生部２０３と、４次成分発生部２０４と、５次成分発生部２０５と、０次成分発生部２０６と、加算回路２０７とを備えている。
ｎ次成分発生部（ｎ＝０，１，３，４，５）２０１〜２０６は、それぞれ、温度検出回路２１０の出力電圧のｎ次成分を出力する。
加算回路２０７は、ｎ次成分発生部２０１〜２０６からの出力を加算して、ＶＣＸＯ２３０に温度補償電圧として出力する。
これにより、図２５の温度補償水晶発振回路では、ＶＣＸＯ２３０における水晶周波数温度特性が温度の近似５次関数により補償されて出力されるものである。
尚、温度補償電圧は２次成分を含まないため、従来の近似５次関数発生装置２００には、２次成分を生成する２次成分発生部は設けられていない。
特開平１０−２２４１４８号公報 特開平０７−２５４８１８号公報 特開２００３−２５８５５１号公報 特開２００８−２７１３５５号公報 特許第４７４５１０２号公報 国際公開第２００４／０２５８２４号公報
しかしながら、従来の温度補償型水晶発振器では、周波数ドリフト特性のうねり特性について考慮されておらず、温度補償による周波数ドリフト特性をキャンセルして周波数ドリフト特性のうねり特性を抑制するものではなく、更に、水晶振動子の周波数ドリフト特性、発振回路の周波数ドリフト特性までも補償して周波数ドリフト特性のうねり特性を抑制するものではないという問題点があった。
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、温度補償による周波数ドリフト特性をキャンセルでき、更に、水晶振動子若しくは発振回路の周波数ドリフト特性までも補償して周波数ドリフト特性のうねり特性を抑制する温度補償型水晶発振器を提供することを目的とする。
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、水晶振動子と、水晶振動子に並列に接続される増幅器と、増幅器の入力側と出力側に接続される電圧可変容量素子と、温度補償を行う制御電圧を出力する温度補償回路とを有する温度補償型水晶発振器であって、水晶振動子の周辺温度を検出し、検出した温度に対応した電圧を出力する温度センサと、温度センサで検出された温度に基づいて温度補償回路で温度補償された場合の温度補償周波数ドリフト特性をキャンセルするための電圧を出力する温度補償キャンセル回路と、水晶振動子の周波数ドリフト特性を補償するための電圧を出力する水晶補償回路と、温度センサから出力された電圧と、温度補償キャンセル回路から出力された電圧と、水晶補償回路から出力された電圧を加算して温度補償回路に出力する第１の加算回路とを有することを特徴とする。
本発明は、上記温度補償型水晶発振器において、温度補償キャンセル回路が、定電流源回路とコンデンサが直列に接続され、定電流源回路とコンデンサの間の電圧を増幅する増幅器を備え、増幅器の入力段にダイオードのアノードが接続され、ダイオードのカソードが接地され、温度補償回路における温度補償周波数ドリフト特性を打ち消す温度補償周波数キャンセル特性となる温度補償周波数ドリフト特性補償制御電圧を第１の加算回路に出力することを特徴とする。
本発明は、上記温度補償型水晶発振器において、水晶補償回路が、定電流源回路とコンデンサが直列に接続され、定電流源回路とコンデンサの間の電圧を増幅する増幅器を備え、増幅器の入力段にダイオードのアノードが接続され、ダイオードのカソードが接地され、水晶振動子における水晶周波数ドリフト特性を補償する水晶周波数補償特性となる水晶周波数ドリフト特性補償制御電圧を第１の加算回路に出力することを特徴とする。
本発明は、水晶振動子と、水晶振動子に並列に接続される増幅器と、増幅器の入力側と出力側に接続される電圧可変容量素子と、温度補償を行う制御電圧を出力する温度補償回路とを有する温度補償型水晶発振器であって、水晶振動子の周辺温度を検出し、検出した温度に対応した電圧を出力する温度センサと、温度センサで検出された温度に基づいて温度補償回路で温度補償された場合の温度補償周波数ドリフト特性をキャンセルするための電圧を出力する温度補償キャンセル回路と、増幅器を含む発振回路の周波数ドリフト特性を補償するための電圧を出力する発振回路特性補償回路と、温度センサから出力された電圧と、温度補償キャンセル回路から出力された電圧を加算して温度補償回路に出力する第１の加算器と、温度補償回路から出力された電圧と発振回路特性補償回路から出力された電圧を加算して電圧可変容量素子に出力する第２の加算回路とを有することを特徴とする。
本発明は、上記温度補償型水晶発振器において、出力周波数を可変にするための制御電圧を出力する周波数制御回路を設け、第２の加算回路が、温度補償回路から出力された電圧と発振回路特性補償回路から出力された電圧と周波数制御回路から出力された電圧とを加算して電圧可変容量素子に出力することを特徴とする。
本発明は、上記温度補償型水晶発振器において、発振回路特性補償回路が、定電流源回路とコンデンサが直列に接続され、定電流源回路とコンデンサの間の電圧を増幅する増幅器を備え、増幅器の入力段にダイオードのアノードが接続され、ダイオードのカソードが接地され、発振回路における発振回路周波数ドリフト特性を補償する発振回路周波数補償特性となる発振回路周波数ドリフト特性補償制御電圧を第２の加算回路に出力することを特徴とする。
本発明によれば、温度センサが、水晶振動子の周辺温度を検出し、検出した温度に対応した電圧を出力し、温度補償キャンセル回路が、温度センサで検出された温度に基づいて温度補償回路で温度補償された場合の温度補償周波数ドリフト特性をキャンセルするための電圧を出力し、水晶補償回路が、水晶振動子の周波数ドリフト特性を補償するための電圧を出力し、第１の加算回路が、温度センサから出力された電圧と、温度補償キャンセル回路から出力された電圧と、水晶補償回路から出力された電圧を加算して温度補償回路に出力する温度補償型水晶発振器としているので、温度補償周波数ドリフト特性、水晶周波数ドリフト特性に基づく周波数ドリフト特性のうねり特性を抑制できる効果がある。
また、本発明によれば、温度センサが、水晶振動子の周辺温度を検出し、検出した温度に対応した電圧を出力し、温度補償キャンセル回路が、温度センサで検出された温度に基づいて温度補償回路で温度補償された場合の温度補償周波数ドリフト特性をキャンセルするための電圧を出力し、発振回路特性補償回路が、増幅器を含む発振回路の周波数ドリフト特性を補償するための電圧を出力し、第１の加算器が、温度センサから出力された電圧と、温度補償キャンセル回路から出力された電圧を加算して温度補償回路に出力し、第２の加算回路が、温度補償回路から出力された電圧と発振回路特性補償回路から出力された電圧を加算して電圧可変容量素子に出力する温度補償型水晶発振器としているので、温度補償周波数ドリフト特性、発振回路周波数ドリフト特性に基づく周波数ドリフト特性のうねり特性を抑制できる効果がある。
本発明の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器の構成図である。 温度補償キャンセル回路の回路図である。 水晶補償回路及び発振回路特性補償回路の回路図である。 温度補償キャンセル回路の出力電圧ＶICを示す図である。 水晶補償回路の出力電圧ＶX を示す図である。 発振回路特性補償回路の出力電圧Ｖo を示す図である。 温度補償回路出力電圧を示す図である。 周波数可変特性を示す図である。 温度補償周波数ドリフト特性のキャンセル特性を示す図である。 水晶周波数ドリフト特性の補償特性を示す図である。 発振回路周波数ドリフト特性の補償特性を示す図である。 発振器周波数ドリフト特性を示す図である。 別の温度補償型水晶発振器の構成図である。 （ａ）は、加算回路Ａ１１２からの温度補償制御電圧Va及び加算回路Ｂ１１３からの加算電圧Vbの温度特性を示す説明図であり、（ｂ）は加算電圧Vbについて縦軸を拡大して示した図である。 ＶＣＸＯの周波数可変特性を示す説明図である。 水晶周波数ドリフト補償回路１１５の構成ブロック図である。 加算電圧Ｖbとゲイン調整電圧Ｖgの特性を示す説明図である。 時定数回路１２１から出力される水晶周波数ドリフト特性補償制御電圧Ｖx′の特性を示す説明図である。 ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６の構成ブロック図である。 別の温度補償型水晶発振器の周波数ドリフト特性を示す説明図である。 高温（＋８５℃）における周波数ドリフト特性を示す図である。 電源投入後の水晶とＩＣの発熱の変化を示す図である。 うねりの発生原因となる各要素の周波数特性を示す図である。 温度センサ電圧を示す図である。 従来の温度補償水晶発振回路の構成ブロック図である。
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器は、温度補償キャンセル回路で温度補償周波数ドリフト特性をキャンセルし、水晶補償回路で水晶周波数ドリフト特性を補償し、発振回路特性補償回路で発振回路周波数ドリフト特性を補償するため、温度補償周波数ドリフト特性、水晶周波数ドリフト特性、発振回路周波数ドリフト特性に基づく周波数ドリフト特性のうねり特性を抑制できるものである。
特に、本発明の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器では、温度補償回路とは別に、温度補償キャンセル回路、水晶補償回路、発振回路特性補償回路を設け、時定数、大きさの異なる３つの要素による周波数変動を個々に調整し、広い温度範囲で、周波数ドリフト特性のうねりを抑え、早期に収束する良好な周波数起動特性を実現するものである。
［温度補償型水晶発振器：図１］
本発明の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器の構成図である。
本発明の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：本発振器）は、図１に示すように、温度補償回路１と、ＡＦＣ（Auto Frequency Control：自動周波数制御）回路２と、温度センサ３と、加算回路４と、水晶振動子５と、インバータＩＣ（Integrated Circuit）６と、電圧可変容量素子７ａ，７ｂと、バッファ（Buff1）８と、出力端子（OUTPUT1）９と、温度補償キャンセル回路１１と、水晶補償回路１２と、加算回路１３と、発振回路特性補償回路１４とを基本的に有している。
［本発振器の各部］
本発振器の各部について具体的に説明する。
温度補償回路１は、加算回路１３で加算された制御電圧（加算電圧Ｖa ）を入力し、その加算電圧Ｖaに応じて温度補償の制御電圧（温度補償制御電圧Ｖc ）を加算回路４に出力する。
ＡＦＣ回路２は、出力端子９から出力される周波数を可変させるための制御電圧（発振周波数制御電圧Ｖafc ）を加算器４に出力する。
温度センサ３は、水晶振動子５の周辺の温度を検出し、検出した温度に応じて温度情報を電圧として加算回路１３に出力する。
温度補償キャンセル回路１１は、温度センサ電圧の起動時の変動による温度補償周波数ドリフト特性を補償（キャンセル）する制御電圧（温度補償周波数ドリフト特性補償制御電圧ＶIC）を加算回路１３に出力する。
温度補償回路１における補償電圧は温度センサ３の温度センサ電圧ＶT により主に生成されるため、温度補償電圧の周波数ドリフト特性は、起動時の温度センサ電圧の変動を打ち消すことによりキャンセルできる。
水晶補償回路１２は、水晶振動子５による水晶周波数ドリフト特性を補償する制御電圧（水晶周波数ドリフト特性補償制御電圧ＶX）を加算回路１３に出力する。
加算回路１３は、温度センサ３からの温度補償制御電圧ＶT と、温度補償キャンセル回路１１からの温度補償周波数ドリフト特性補償制御電圧ＶICと、水晶補償回路１２からの水晶周波数ドリフト特性補償制御電圧ＶX を入力し、それらを加算した加算電圧Ｖa （＝ＶT ＋ＶIC＋ＶX ）を温度補償回路１に出力する。
発振回路特性補償回路１４は、発振回路部分における周波数ドリフト特性を補償するための補償電圧（発振回路周波数ドリフト特性補償電圧Ｖo ）を加算回路４に出力する。
発振回路の周波数ドリフト特性は、主に半導体ＰＮ接合の温度特性によって発生すると推測され、１次関数の温度特性を持ち、広い温度範囲において周波数の変動方向は同一で大きさも等しい。
加算回路４は、温度補償回路１からの温度補償制御電圧Ｖc と、ＡＦＣ回路２からの発振周波数制御電圧Ｖafc と、発振回路特性補償回路１４からの発振回路周波数ドリフト特性補償電圧Ｖo を入力し、それらを加算して加算出力電圧ＶOUT （＝Ｖc ＋Ｖafc ＋Ｖo ）をコンデンサＣ1 とバリキャップダイオードＤ1 との間の点に、コンデンサＣ2 とバリキャップダイオードＤ2 との間の点に出力する。
尚、加算器４における加算は、各入力電圧を重み付けして加算するようにしてもよい。
水晶振動子５は、水晶振動子の両端からみた負荷容量によって決定される共振周波数で発振する。
インバータＩＣ（Integrated Circuit）６は、水晶振動子５の発振周波数を増幅し、位相を反転させてバッファ８に出力する。
電圧可変容量素子であるバリキャップダイオードＤ1 ，Ｄ2 は、印加される電圧に応じて容量を可変にし、水晶振動子５の負荷容量を変化させ発振周波数を調整する。
具体的には、バリキャップダイオードＤ1 のアノード側が接地され、カソード側にコンデンサＣ1 の一端が接続され、その他端が水晶振動子５の一端とインバータＩＣ６の入力側に接続されている。
また、バリキャップダイオードＤ2 のアノード側が接地され、カソード側にコンデンサＣ2 の一端が接続され、その他端が水晶振動子５の他端とインバータＩＣ６の出力側に接続されている。
そして、バリキャップダイオードＤ1 ，Ｄ2 のカソード側に、加算回路４からの制御電圧（ＶOUT）が印加される。
バッファ（Buff）８は、信号増幅器であり、インバータＩＣ６からの発振周波数を増幅して出力端子９に出力する。
出力端子（OUTPUT）９は、本発振器の発振信号を出力する端子である。
［温度補償キャンセル回路１１：図２］
次に、温度補償キャンセル回路１１について図２を参照しながら説明する。図２は、温度補償キャンセル回路の回路図である。
温度補償キャンセル回路１１は、図２に示すように、定電流源回路２４とコンデンサ２２が直列に接続され、コンデンサ２２の他端は接地され、定電流源回路２４とコンデンサ２２との間の点の電圧が増幅器（ＡＭＰ）２３に入力端子に入力され、その入力端子にダイオード２５のアノードが接続し、ダイオード２５のカソードが接地している。
定電流源回路２４の電流を微小電流とすることで、大きな時定数が調整できる。
図２の温度補償キャンセル回路１１では、定電流源回路２４を流れる電流を調整することにより、また、コンデンサ２２の容量を調整することにより、時定数の調整を実現し、ＡＭＰ２３のゲインを調整することにより、電圧レベルを調整するものである。
［水晶補償回路１２／発振回路特性補償回路１４：図３］
次に、水晶補償回路１２及び発振回路特性補償回路１４について図３を参照しながら説明する。図３は、水晶補償回路及び発振回路特性補償回路の回路図である。
水晶補償回路１２及び発振回路特性補償回路１４は、図３に示すように、定電流源回路３４とコンデンサ３２が直列に接続され、コンデンサ３２の他端は接地され、定電流源回路３４とコンデンサ３２との間の点の電圧が増幅器（ＡＭＰ）３３に入力端子に入力され、その入力端子にダイオード３５のアノードが接続し、ダイオード３５のカソードが接地している。
水晶補償回路１２及び発振回路特性補償回路１４では、ＡＭＰ３３が温度補償キャンセル回路１１のＡＭＰ２３と異なり、反転出力するものとなっている。
そして、定電流源回路３４の電流を微小電流とすることで、大きな時定数が調整できる。
また、図３の補償回路では、定電流源回路３４を流れる電流を調整することにより、また、コンデンサ３２の容量を調整することにより、時定数の調整を実現し、ＡＭＰ３３のゲインを調整することにより、電圧レベルを調整するものである。
［温度補償キャンセル回路の出力電圧：図４］
次に、温度補償キャンセル回路１１の出力電圧ＶICについて図４を参照しながら説明する。図４は、温度補償キャンセル回路の起動時の出力電圧ＶICを示す図である。尚、縦軸が電圧［Ｖ］をLinearで示し、横軸が経過時間（Time）をLinearで示している。
図４に示すように、実線が温度センサ３からの出力電圧ＶT であり、破線がその電圧ＶT をキャンセルするための温度補償キャンセル回路１１から出力される温度補償キャンセル電圧ＶICである。
電圧ＶT を打ち消す温度補償キャンセル電圧ＶICを温度補償キャンセル回路１１から出力するよう調整しておく。
［水晶補償回路の出力電圧：図５］
次に、水晶補償回路１２の出力電圧ＶX について図５を参照しながら説明する。図５は、水晶補償回路の出力電圧ＶX を示す図である。尚、縦軸が温度［℃］と電圧［Ｖ］をLinearで示し、横軸が経過時間（Time）をLinearで示している。
図５に示すように、実線が水晶の温度を示しており、破線が水晶補償回路１２から出力される水晶補償電圧ＶX を示している。
水晶補償電圧ＶX は、水晶周波数ドリフト特性を補償するための電圧であり、起動時の温度センサの出力電圧と同じ下降カーブとなる電圧である。従って、そのような水晶補償電圧ＶX を水晶補償回路１２から出力するよう調整しておく。
［発振回路特性補償回路の出力電圧：図６］
次に、発振回路特性補償回路１４の出力電圧Ｖo について図６を参照しながら説明する。図６は、発振回路特性補償回路の出力電圧Ｖo を示す図である。尚、縦軸が電圧［Ｖ］をLinearで示し、横軸が経過時間（Time）をLinearで示している。
図６に示すように、実線が温度センサ３からの出力電圧ＶT であり、破線が発振回路特性補償回路１４から出力される発振回路特性補償電圧Ｖo である。
発振回路特性補償電圧Ｖo は、発振回路（ＩＣ）の特性を補償するための電圧であり、起動時の温度センサの出力電圧と同じ下降カーブとなる電圧である。従って、そのような発振回路特性補償電圧Ｖo を発振回路特性補償回路１４から出力するよう調整しておく。
［温度補償回路出力電圧：図７］
次に、温度補償回路１の出力電圧Ｖc について図７を参照しながら説明する。図７は、温度補償回路出力電圧を示す図である。尚、縦軸が電圧［Ｖ］をLinearで示し、横軸が温度（Temp）［℃］をLinearで示している。
図７に示すように、温度補償回路１から出力される温度補償電圧Ｖc は、水晶振動子温度特性を補償するため、その温度特性を３次以上のｎ次関数で近似したｎ次近似関数の変曲点において点対称の特性カーブとなる。
［周波数可変特性：図８］
そして、加算回路４の出力電圧ＶOUT に対する周波数特性について図８を参照しながら説明する。図８は、周波数可変特性を示す図である。尚、縦軸が周波数（Freq.）をLinearで示し、横軸が電圧［Ｖ］をLinearで示している。
図８に示すように、加算回路４の出力電圧ＶOUT に対する周波数特性は、電圧に比例して直線的に増大するようになっている。
［温度補償周波数ドリフト特性のキャンセル：図９］
次に、温度補償周波数ドリフト特性のキャンセル特性について図９を参照しながら説明する。図９は、温度補償周波数ドリフト特性のキャンセル特性を示す図である。尚、縦軸が周波数（Freq）をLinearで示し、横軸が経過時間（Time）をLinearで示している。
図９に示すように、実線が温度補償周波数ドリフト特性（温度補償周波数特性）で、破線が温度補償周波数特性をキャンセルする温度補償周波数ドリフト特性のキャンセル特性（温度補償周波数キャンセル特性）である。
温度補償周波数特性は、時間の経過に伴って周波数は徐々に低下して一定となっている。
従って、温度補償キャンセル回路１１は、温度補償周波数特性を打ち消すような温度補償周波数キャンセル特性となる温度補償周波数ドリフト特性補償制御電圧ＶICを出力するよう設定されている。
［水晶周波数ドリフト特性の補償：図１０］
次に、水晶周波数ドリフト特性の補償特性について図１０を参照しながら説明する。図１０は、水晶周波数ドリフト特性の補償特性を示す図である。尚、縦軸が周波数（Freq）をLinearで示し、横軸が経過時間（Time）をLinearで示している。
図１０に示すように、実線が水晶周波数ドリフト特性（水晶周波数特性）で、破線が水晶周波数特性を補償する水晶周波数ドリフト特性の補償特性（水晶周波数補償特性）である。
水晶周波数特性は、時間の経過に伴って周波数が徐々に上昇して一定となっている。
従って、水晶補償回路１２は、水晶周波数特性を補償するような水晶周波数補償特性となる水晶周波数ドリフト特性補償制御電圧ＶX を出力するよう設定されている。
［発振回路周波数ドリフト特性の補償：図１１］
次に、発振回路周波数ドリフト特性の補償特性について図１１を参照しながら説明する。図１１は、発振回路周波数ドリフト特性の補償特性を示す図である。尚、縦軸が周波数（Freq）をLinearで示し、横軸が経過時間（Time）をLinearで示している。
図１１に示すように、実線が発振回路周波数ドリフト特性（発振回路周波数特性）で、破線が発振回路周波数特性を補償する発振回路周波数ドリフト特性の補償特性（発振回路周波数補償特性）である。
発振回路周波数特性は、時間の経過に伴い、周波数は徐々にわずかながら上昇して時間Ｔ1 では一定となっている。
従って、発振回路特性補償回路１４は、発振回路周波数特性を補償するような発振回路周波数補償特性となる発振回路周波数特性補償制御電圧Ｖo を出力するよう設定されている。
［発振器周波数ドリフト特性：図１２］
次に、本実施の形態に係る発振器全体の周波数ドリフト特性について図１２を参照しながら説明する。図１２は、発振器周波数ドリフト特性を示す図である。尚、縦軸が周波数（Freq）をLinearで示し、横軸が経過時間（Time）をLogで示している。
図１２に示すように、実線が本実施の形態に係る発振器全体の周波数ドリフト特性（発振器周波数ドリフト特性）である。
発振器周波数ドリフト特性は、時間経過の当初に周波数が急激に減少するものの、その後の周波数は一定で安定的に推移する。
これは、温度補償キャンセル回路１１により温度補償周波数ドリフト特性がキャンセルされ、水晶補償回路１２により水晶周波数ドリフト特性が補償され、発振回路特性補償回路１４により発振回路周波数ドリフト特性が補償された結果である。
［本実施の形態の効果］
本発振器によれば、温度補償キャンセル回路１１で温度補償周波数ドリフト特性をキャンセルし、水晶補償回路１２で水晶周波数ドリフト特性を補償し、発振回路特性補償回路１４で発振回路周波数ドリフト特性を補償するための電圧をそれぞれ印加するので、温度補償周波数ドリフト特性、水晶周波数ドリフト特性、発振回路周波数ドリフト特性に基づく周波数ドリフト特性のうねり特性を抑制でき、良好な周波数起動特性を実現できる効果がある。
［別の実施に係る温度補償型水晶発振器］
次に、本発明の別の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器について説明する。
［別の実施の形態の概要］
別の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器（別の温度補償型水晶発振器）は、水晶振動子の周波数温度特性を補償する温度補償回路としてｎ（ｎ≧３）次関数生成回路と、ｎ次関数を微分した（ｎ−１）次関数を生成する（ｎ−１）次関数生成回路と、（ｎ−１）次関数に基づいて温度変化に伴う発振器出力の周波数ドリフト特性を補償する水晶周波数ドリフト補償回路、ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路、発振回路周波数ドリフト補償回路とを備え、温度補償特性をｎ次関数で近似して、それに基づく温度補償制御電圧によって精度の高い温度補償を行うと共に、温度補償特性の微分関数に基づく電圧を用いて各周波数ドリフト特性の補償を精度よく行うことができ、良好な周波数起動特性を実現できるものである。
［別の温度補償型水晶発振器の構成：図１３］
別の温度補償型水晶発振器の構成について図１３を用いて説明する。図１３は、別の温度補償型水晶発振器の構成図である。
図１３に示すように、別の温度補償型水晶発振器は、ＶＣＸＯと温度補償制御回路部とを備えている。
ＶＣＸＯは、図１の構成とほぼ同様であり、図１と同様の部分として、ＡＦＣ回路２と、水晶振動子５と、インバータＩＣ（Integrated Circuit）６と、電圧可変容量素子７ａ，７ｂと、バッファ（Buff）８と、出力端子（OUTPUT）９とを備えており、別の温度補償型水晶発振器の特徴部分として、抵抗１１８ａ，１１８ｂと、コンデンサ１１９ａ，１１９ｂとを備えている。
そして、並列接続された抵抗１１８ａとコンデンサ１１９ａの一端が、ダイオード７ａのアノード側に接続され、他端が接地されている。
同様に、並列接続された抵抗１１８ｂとコンデンサ１１９ｂの一端が、ダイオード７ｂのアノード側に接続され、他端が接地されている。
また、温度補償制御回路部は、図１と同様の温度センサ（Tsensor）３と、別の温度補償型水晶発振器の特徴部分である０次〜５次のｎ次関数発生回路１００〜１０５と、乗算回路１１０ａ〜１１０ｆ′と、加算回路Ａ（１１２）と、加算回路Ｂ（１１３）と、基準電圧（Vco）生成部１１４と、メモリ１１１と、水晶周波数ドリフト補償回路１１５と、ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６と、時定数生成回路１１７とを備えている。
上記構成部分の内、図１と同一の符号を付した部分については、上述した実施の形態に係る温度補償型水晶発振器と同様の構成及び動作であるため、説明は省略する。
尚、ｎ次関数発生回路１００〜１０５は、特許文献６と同様に、それぞれ、ｎ次成分を生成する関数発生回路である。
別の温度補償型水晶発振器の特徴部分について具体的に説明する。
別の温度補償型水晶発振器では、特許文献６と同様に、水晶振動子の周波数温度特性の補償を、温度の５次関数で表される補償特性関数に基づく補償電圧で行うと共に、別の温度補償型水晶発振器の特徴として、当該５次関数を微分した４次関数に基づく電圧によって、水晶周波数ドリフト補償回路１１５、ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６、時定数生成回路１１７がそれぞれ、周波数ドリフト特性を補償する制御電圧を生成するものである。
尚、５次に限らず、３次以上のｎ次関数によって近似する構成としてもよい。
［関数を用いた周波数温度特性の補償：図１３］
まず、温度補償制御回路部の内、図２５に示した従来の温度補償型水晶発振器と同様に水晶振動子の周波数温度特性の補償を行う構成部分について図１３を用いて説明する。
一般に、水晶周波数温度特性（F（T））は、３次以上のｎ次関数で近似され、各関数の変曲点となる温度点T0（約３０℃）を基準として、温度Tのｎ次関数で表される。
例えば、５次関数で近似する場合、水晶周波数温度特性F(T)は、
F（T）＝X5（T−T0）5＋X4（T−T0）4＋X3（T−T0）3＋X1（T−T0）＋X0 （式１）
と表される。
そして、この水晶周波数温度特性F（T）を補償するための補償電圧をVA（T）とすると、
VA（T）＝A5（T−T0）5＋A4（T−T0）4＋A3（T−T0）3＋A1（T−T0）＋A0 （式２）
と近似される。
別の温度補償型水晶発振器では、図１３に示すように、温度の５次関数を用いて水晶周波数温度特性を補償する補償電圧を生成する構成として、０次関数発生回路１００と、1次関数発生回路１０１と、３次関数発生回路１０３と、４次関数発生回路１０４と、５次関数発生回路１０５と、各関数発生回路１０５〜１００に接続されたアンプ（乗算器）１１０ａ，１１０ｂ,１１０ｃ，１１０ｅ，１１０ｆとを備えている。
上記構成部分は、請求項に記載したｎ次関数生成部に相当している。
そして、各次数の関数発生回路１００〜１０５と、各関数発生回路１００〜１０５に接続されたアンプ１１０ａ〜１１０ｆによって、水晶振動子の周波数温度特性を補償する式２の５次関数（補償特性関数）の各次数の項を生成し、加算回路Ａ１１２に出力する。
具体的には、５次関数発生回路１０５は、図２５の従来の温度補償型水晶発振器と同様に、温度センサ出力（Vt）の５乗を算出して出力する。尚、温度センサ出力（Vt）は、（式２）における（T−T0）に相当する電圧値であり、式２はVtの５次関数としても表すことができる。
同様に、４次関数発生回路１０４は、温度センサ出力（Vt）の４乗を算出して出力する。
３次関数発生回路１０３は、温度センサ出力（Vt）の３乗を算出し、２次関数発生回路１０３は２乗を算出して出力し、１次関数発生回路１０２は１乗を出力し、０次関数発生回路１００は０乗を出力する。
また、アンプ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｅ、１１０ｆには、それぞれ、ゲインG5,G4,G3,G1,G0が設定されており、各関数発生回路から出力された補償電圧の次数成分を、対応するゲインによって重み付けして出力する。
アンプ１１０ａ〜１１０ｆのゲインの値は、各次数成分が適切な値となるよう調整され、メモリ１１１に設定されている。
これにより、式２で示した補償関数の各次数の項が生成される。
例えば、５次成分の調整について説明する。
５次関数発生回路１０５では、温度センサ出力（Vt）の５乗を算出し、５次成分電圧VR5を出力する。
そして、アンプ１１０ａは、５次関数発生回路１０５の出力VR5に、ゲインG5を乗算して、重み付けされた５次成分V5＝VR5G5を出力する。
ここで、アンプ１１０ａからの出力V5が、式２に示した５次の成分と一致するよう、ゲインG5の値が設定される。
以下同様に、アンプ１１０ｂからの出力V4＝VR4G4が式２の４次成分と一致し、アンプ１１０ｃからの出力V3＝VR3G3が３次成分と一致し、アンプ１１０ｅの出力V3＝VR3G3が１次成分と一致し、アンプ１１０ｆの出力V0＝VR0G0が０次成分と一致するよう、各ゲインの値が調整される。
基準電圧生成部１１４は、基準電圧（Vco）を出力するものである。Vcoは、バリキャップダイオード７ａ，７ｂに入力する補償電圧の基準値である。
加算回路Ａ１１２は、アンプ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｅ、１１０ｆの出力と、基準電圧生成部１１４の出力Vcoとを加算して、温度補償された制御電圧（温度補償制御電圧）Vaを出力する。
つまり、Va＝VA（T）＋Vco となる。
温度補償制御電圧Vaは、水晶振動子の周波数温度特性を補償する制御電圧であり、バリキャップダイオード７ａ，７ｂのアノード側に印加される。
これにより、別の温度補償型水晶発振器は５次関数を用いて精度良く温度補償を行うことができるものである。
［微分関数を用いた周波数ドリフト特性の補償］
また、発振器の発熱温度ΔＴを微小とみなせば、図２１に示した周波数ドリフト特性のうねりの大きさは、ｎ次近似関数の微分となる（ｎ−１）次関数で表すことができる。ｎ＝５の場合、うねりの大きさは５次近似関数を微分した４次関数で表すことができる。
そこで、別の温度補償型水晶発振器の特徴として、水晶周波数温度特性の補償特性の微分関数となる４次関数を生成する４次関数生成部を備えている。４次関数生成部は、請求項に記載した（ｎ−１）次関数生成部に相当している。
（ｎ−１）次関数生成部は、０次関数発生回路１００と、２次関数発生回路１０２と、３次関数発生回路１０３と、４次関数発生回路１０４と、各関数発生回路１０４〜１００に接続されたアンプ１１０ｂ′，１１０ｃ′、１１０ｄ′、１１０ｆ′とを備えている。
つまり、別の温度補償型水晶発振器では、従来と同様のｎ次関数生成部と、その微分関数を生成する（ｎ−１）次関数生成部において、各次数成分を生成する回路を共通として、回路規模の増大を抑えている。
特に、別の温度補償型水晶発振器では、補償電圧を微分した関数の主成分となる２次関数を生成するため、２次関数発生回路１０２と、重み付け用のアンプ１１０ｄ′とを備えている点が、従来の温度補償型水晶発振器とは異なっている。
具体的には、式２の５次関数で表される補償電圧VA（T）の微分関数VA′（T）は、４次関数であり、
VA′（T）＝5A5（T−T0）4＋4A4（T−T0）3＋3A3（T−T0）2＋A1 （式３）
と表される。
ここで、式２には２次成分が含まれないため、その微分である式３には１次成分が含まれない。つまり、（ｎ−１）次関数生成部は、１次関数生成回路及びそれに接続されるアンプは備えていない。
式３の係数を簡略化してVB（T）として書き直すと、
VB（T）＝B4（T−T0）4＋B3（T−T0）3＋B2（T−T0）2＋B0 （式４）
となる。
式３と式４は同等であり、各係数の関係は、
B4＝5A5
B3＝4A4
B2＝3A3
B0＝A1
となっている。
そして、アンプ１１０ｂ′、１１０ｃ′、１１０ｄ′、１１０ｆ′には、それぞれ、ゲインG4f,G3f,G2f,G0fが設定されており、各関数発生回路から出力された微分電圧の次数成分を、対応するゲインによって重み付けして出力する。
アンプ１１０b′〜１１０ｆ′のゲインの値は、各次数成分が適切な値となるよう調整され、メモリ１１１に設定されている。
これにより、式４で示した微分関数の各次数の項が生成される。
加算回路Ｂ１１３は、アンプ１１０ｂ′〜１１０ｆ′の出力と、基準電圧生成部１１４の出力Vcoとを加算して、加算電圧Vbを出力する。
つまり、Vb＝VB（T）＋Vco となる。
加算電圧Vbは、周波数ドリフト特性を補償する制御電圧である。
そして、別の温度補償型水晶発振器では、ｎ次関数（ここでは５次関数）の微分関数の値を用いて発振器の周波数ドリフト特性を補償する回路を備えている。
水晶周波数ドリフト補償回路１１５は、水晶振動子５による水晶周波数ドリフト特性を補償する制御電圧を生成し、それを微分関数を用いて調整して、調整後の制御電圧（調整後水晶補償制御電圧）ＶA1又はＶA2を出力する。
調整後水晶補償制御電圧ＶA2は、バリキャップダイオード７ａ及び７ｂのカソード側に印加され、ＶA1は、アノード側と並列接続の抵抗１１８及びコンデンサ１１９との間に印加される。
水晶周波数ドリフト補償回路１１５の具体的な構成及び動作は後述する。また、水晶周波数ドリフト補償回路１１５は、請求項に記載した水晶補償回路に相当している。
ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６は、温度センサ電圧の起動時の変動による温度補償周波数ドリフト特性を補償する制御電圧を生成し、それを微分関数を用いて調整して、調整後の制御電圧（調整後温度補償キャンセル制御電圧）ＶB1又はＶB2を出力する。
調整後温度補償キャンセル制御電圧ＶB2は、バリキャップダイオード７ａ及び７ｂのアノード側と並列接続の抵抗１１８及びコンデンサ１１９との間に印加され、ＶB1は、カソード側に印加される。
ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６の具体的な構成及び動作については後述する。また、ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６は、請求項に記載した温度補償キャンセル回路に相当している。
時定数生成回路１１７は、発振回路周波数ドリフト特性を補償する制御電圧（発振回路周波数ドリフト補償電圧）ＶC1を出力する。
尚、時定数生成回路１１７は、請求項に記載した発振回路特性補償回路に相当し、発振回路周波数ドリフト補償電圧ＶC1は、請求項の発振回路周波数ドリフト特性補償制御電圧に相当している。
メモリ１１１は、外部から設定される各種パラメータを記憶しており、乗算器１１０ａ〜１１０ｆの係数、乗算器１１０ｂ′〜１１０ｆ′の係数の他、後述する水晶周波数ドリフト補償回路１１５、ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６、時定数生成回路１１７からの出力電圧を調整するパラメータを記憶している。これらのパラメータについては後述する。
［加算回路出力電圧：図１４］
次に、加算回路Ａ１１２からの出力Va、加算回路Ｂ１１３からの出力Vbについて図１４を用いて説明する。図１４（ａ）は、加算回路Ａ１１２からの温度補償制御電圧Va及び加算回路Ｂ１１３からの加算電圧Vbの温度特性を示す説明図であり、（ｂ）は加算電圧Vbについて縦軸を拡大して示したものである。
図１４（ａ）（ｂ）に示すように、加算回路Ａ１１２からの温度補償制御電圧Vaの温度特性は温度TLで極大、温度THで極小となるｎ次曲線であり、加算回路Ｂ１１３からの加算電圧Vbは、Vaを微分した特性となる。
Vcoは、バリキャップダイオード７ａ，７ｂに印加する補償電圧の基準電圧であり、図１４において、Vaの曲線の点対称中心となる温度点の電圧である。
また、図１４（ｂ）に示すように、加算電圧Vbは、温度補償制御電圧Vaのｎ次曲線が極大、極小となる温度（TL，TH）において微分値が０（ゼロ）となり、Vcoと交わる。
［ＶＣＸＯの周波数可変特性：図１５］
次に、別の恒温槽付水晶発振器におけるＶＣＸＯの周波数可変特性について図１５を用いて説明する。図１５は、ＶＣＸＯの周波数可変特性を示す説明図である。横軸はバリキャップダイオードの両端子間に印加される電圧（Ｖd）、縦軸は周波数ズレ（ΔＦ／Ｆ）（図ではFrequencyと記載）を示している。
図１５に示すように、ＶＣＸＯの出力周波数は、バリキャップダイオードに印加される電圧が基準電圧Vcoのときに、所望の周波数からの周波数ズレが０となる。
［水晶周波数ドリフト補償回路の構成：図１６］
次に、水晶周波数ドリフト補償回路１１５の構成について図１６を用いて説明する。図１６は、水晶周波数ドリフト補償回路１１５の構成ブロック図である。
図１６に示すように、水晶周波数ドリフト補償回路１１５は、時定数生成回路（水晶時定数生成回路、水晶周波数補償回路）１２１と、絶対値回路１２２と、コンパレータ１２３と、可変利得増幅器１２４と、スイッチ回路１２５とを備えている。
各構成部分について説明する。
時定数生成回路１２１は、図３に示した水晶補償回路１２と同様に、定電流源回路とコンデンサとが直列に接続され、コンデンサの他端が接地され、定電流源回路とコンデンサとの間の点から出力を得る構成であり、水晶振動子５による水晶周波数ドリフト特性を補償する制御電圧（水晶周波数ドリフト特性補償制御電圧）Ｖx′を出力する。
絶対値回路１２２は、基準電圧生成回路１１４からの基準電圧Vcoと、加算回路Ｂ１１３からの加算電圧Vbとを入力し、両者の差分の絶対値を算出し、可変利得増幅器１２４のゲインを調整するゲイン調整電圧Ｖgを出力する。
可変利得増幅器１２４は、ゲイン調整電圧Ｖgによって調整されたゲインＧで時定数生成回路１２１からの水晶周波数ドリフト特性補償制御電圧Ｖx′を増幅し、調整された制御電圧を出力する。調整された水晶周波数ドリフト特性補償制御電圧を、調整後水晶補償制御電圧ＶAとする。
ここで、可変利得増幅器１２４のゲインＧは、Ｇ＝Ｇx・Ｖg …式（１）で決定される。Ｇxは可変利得増幅器１２４の初期設定値であり、メモリ１１１から設定される。
Ｖx′の大きさをＶmとすると、時定数回路１２１の出力Ｖx′は、
Ｖx′＝Ｖm（１−ｅ（-t/τ）） で表される。τは時定数である。
Ｖx′の大きさＶmはゲインＧで調整され、調整後水晶補償制御電圧ＶAが出力される。
ＶA＝Ｖm・Ｇ（１−ｅ（-t/τ）） …式（２）
式（２）に式（１）を代入して、
ＶA＝Ｖm・Ｇx・Ｖg（１−ｅ（-t/τ）） が得られる。
つまり、ＶAは、メモリ１１１からの初期設定値Ｇxと、絶対値回路１２２からのゲイン調整電圧Ｖgに基づいて調整されるものである。
コンパレータ１２３は、基準電圧Vcoと加算電圧Vbの大きさを比較し、判定結果をスイッチ回路１２５に出力する。
スイッチ回路１２５は、コンパレータ１２３からの判定結果に基づいて、出力をＳＷ（１）又はＳＷ（２）に切り替え、調整後水晶補償制御電圧ＶA1又はＶA2のいずれかを出力する。ＳＷ（１）からはＶA1が出力され、ＳＷ（２）からはＶA2が出力される。
スイッチを切り替える条件は、後述するように、加算電圧Vbが基準電圧Vcoよりも大きい場合にはＳＷ（１）に切り替えて、調整後水晶補償制御電圧ＶA1を出力し、加算電圧Vbが基準電圧Vco以下の場合にはＳＷ（２）に切り替えて、調整後水晶補償制御電圧ＶA2を出力する。
加算電圧Vbと基準電圧Vcoの大小関係は、図１７に示すように温度によって決定され、温度（Temp）の値が、図１４に示した温度TL，THと比較して、Temp＜TL又はTemp＞TMの場合には、スイッチ回路１２５をＳＷ１に切り替え、TL≦Temp≦THの場合には、ＳＷ２に切り替える。
そして、別の温度補償型水晶発振器では、時定数生成回路１２１における定電流源回路の電流、コンデンサの容量、可変利得増幅器１２４のゲインの初期値がパラメータとしてメモリ１１１に記憶されており、各構成部分は設定されたパラメータに基づいて動作する。
定電流源回路の電流及びコンデンサの容量を調整することにより、時定数（τ）の調整を実現し、可変利得増幅器１２４のゲインを調整することにより、電圧レベルを調整するものである。
［加算電圧Vbとゲイン調整電圧Ｖg：図１７］
次に、水晶周波数ドリフト補償回路１１５におけるゲイン調整電圧Ｖgについて図１７を用いて説明する。図１７は、加算電圧Vbとゲイン調整電圧Ｖgの特性を示す説明図である。図１７では、横軸は温度（℃）、縦軸は電圧（Ｖ）を示している。
図１７に示すように、加算電圧Vbは、図１４に示したように、温度TLと温度THで基準電圧Vcoと交わり、下に凸の曲線で示される。
図１６の絶対値回路１２２から出力されるゲイン調整電圧Ｖgは、加算電圧Vbと基準電圧Vcoとの差分の絶対値であり、太線で示した特性となっている。
つまり、Ｖgは、温度がTL以上TH以下の範囲では、加算電圧Vbを基準電圧Vcoに対して反転させた特性となっている。
尚、特性をわかり易く示すために、ここではＶgをVb，Vcoと重ねて記載しているが、Ｖgでは縦軸のVcoの位置が０（ゼロ）となる。
［時定数生成回路の出力：図１８］
次に、図１６に示した水晶周波数ドリフト補償回路１１５の時定数生成回路１２１の出力について図１８を用いて説明する。図１８は、時定数回路１２１から出力される水晶周波数ドリフト特性補償制御電圧Ｖx′の特性を示す説明図である。図１８では、横軸に時間（ｓ）、縦軸に電圧（Ｖ）を示す。
図１８に示すように、水晶周波数ドリフト特性補償制御電圧Ｖx′は、起動後に増加し、一定時間経過後にはほぼ一定値となる。これは、図５に示した水晶補償回路出力電圧Ｖxを反転させた特性となっている。
別の温度補償型水晶発振器では、時定数回路１２１からの出力を反転させずに出力している。
［ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６の構成：図１９］
ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６の構成について図１９を用いて説明する。図１９は、ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６の構成ブロック図である。
図１９に示すように、ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６は、図１６に示した水晶周波数ドリフト補償回路１１５とほぼ同様の構成であり、ＩＣ時定数生成回路１３１と、絶対値回路１３２と、コンパレータ１３３と、可変利得増幅器１３４と、スイッチ回路１３５とを備えている。
但し、ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６は、水晶周波数ドリフト補償回路１１５とは異なるパラメータがメモリ１１１に設定されており、設定された定数に基づいて動作を行う。
絶対値回路１３２、コンパレータ１３３は、上述した水晶周波数ドリフト補償回路１１５における構成と同じである。
ＩＣ時定数生成回路１３１は、温度補償回路ＩＣの周波数ドリフト特性をキャンセルする温度補償キャンセル電圧ＶICを出力する。
可変利得増幅器１３４は、ゲインＧによって温度補償キャンセル電圧ＶICを増幅して調整し、調整後温度補償キャンセル電圧ＶBを出力する。ゲインの初期値は、メモリ１１１から設定されるＧICであり、水晶周波数ドリフト補償回路１１５と同様に、絶対値回路１３２からのゲイン調整電圧Ｖgによって調整される。
スイッチ回路１３５は、コンパレータ１３３からの判定結果に基づいて、出力をＳＷ（１）又はＳＷ（２）に切り替え、調整後温度補償キャンセル電圧ＶB1又はＶB2のいずれかを出力する。ＳＷ（１）からはＶB1が出力され、ＳＷ（２）からはＶB2が出力される。
スイッチ回路１３５は、加算電圧Ｖbが基準電圧Ｖcoよりも大きい場合（Ｖb−Ｖco＞０の場合）にはＳＷ（１）に切り替え、加算電圧Ｖbが基準電圧Ｖco以下の場合（Ｖb−Ｖco≦０の場合）にはＳＷ（２）に切り替える。
温度条件で示すと、温度（Temp）の値が、Temp＜TL又はTemp＞THの場合には、スイッチ回路１２５をＳＷ１に切り替えて、調整後温度補償キャンセル電圧ＶB1を出力し、TL≦Temp≦THの場合には、ＳＷ２に切り替えて、調整後温度補償キャンセル電圧ＶB2を出力する。
［時定数生成回路１１７の構成］
時定数生成回路１１７は、図２に示した温度補償キャンセル回路と同様の構成及び動作であり、発振回路の周波数ドリフト特性を補償する発振回路周波数ドリフト補償電圧ＶC1を出力する。
そして、時定数生成回路１１７の定電流源回路の電流、コンデンサの容量、ＡＭＰのゲインがメモリ１１１に記憶されている。
［各制御電圧のバリキャップダイオードへの入力：図１３］
次に、ＶＣＸＯに入力される温度補償制御電圧と、周波数ドリフト特性を補償する３種類の制御電圧のバリキャップダイオードへの入力について図１３を用いて説明する。
図１３に示すように、発振器の周波数温度特性を補償する温度補償制御電圧Vaは、バリキャップダイオード７ａ，７ｂのアノード側に入力される。
また、図９，図１０を用いて示したように、水晶周波数ドリフト特性と、温度補償周波数ドリフト特性とは、反対の特性であるため、それらを補償するための調整後水晶補償制御電圧ＶAの特性と、調整後温度補償周波数ドリフトキャンセル電圧ＶBの特性も反対となる。
そのため、ＶAとＶBのバリキャップダイオード７ａ，７ｂへの入力方向を反対とする。
つまり、温度（Temp）の値が、Temp＜TL又はTemp＞THの場合には、スイッチ回路１２５，１３５はいずれもＳＷ（１）に切り替わり、水晶周波数ドリフト補償回路１１５からは調整後水晶補償制御電圧ＶA1が出力されてバリキャップダイオード７ａ，７ｂのアノード側に印加され、ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６からは調整後温度補償キャンセル電圧ＶB1が出力されてバリキャップダイオード７ａ，７ｂのカソード側に印加される。
また、TL≦Temp≦THの場合には、スイッチ回路１２５，１３５はいずれもＳＷ（２）に切り替わり、水晶周波数ドリフト補償回路１１５からは調整後水晶補償制御電圧ＶA2が出力されてバリキャップダイオード７ａ，７ｂのカソード側に印加され、ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６からは調整後温度補償キャンセル電圧ＶB2が出力されてバリキャップダイオード７ａ，７ｂのアノード側に印加される。
別の温度補償型水晶発振器では、基準電圧Vcoと、微分関数を用いて求められた加算電圧Vbとの大小に応じて、状況によって調整後水晶補償制御電圧ＶA及び調整後温度補償周波数ドリフトキャンセル電圧ＶBをバリキャップダイオード７ａ,７ｂのカソード側又はアノード側のいずれかに印加するようにしている。
これにより、別の温度補償型水晶発振器では、ｎ次関数を用いた温度補償に加えて、ｎ次関数の微分関数を用いた周波数ドリフト特性の補償が行われるものである。
発振回路周波数ドリフト特性は、温度によらず一方向の特性であるため、時定数生成回路１１７の出力である発振回路周波数ドリフト補償電圧ＶC1は、温度にかかわらず常にアノード側に入力される。
［別の温度補償型水晶発振器の周波数ドリフト特性：図２０］
別の温度補償型水晶発振器の周波数ドリフト特性について図２０を用いて説明する。図２０は、別の温度補償型水晶発振器の周波数ドリフト特性を示す説明図である。
図２０では、低温〜高温に亘る広い温度範囲におけるＶoutの周波数ドリフト特性を示している。
図２０に示すように、別の温度補償型水晶発振器では、図２１の従来の温度補償型水晶発振器と比較して、電源投入直後のうねりがほとんど見られず、周波数ドリフト特性が大幅に改善されていることがわかる。
［別の実施の形態の効果］
本発明の別の実施の形態に係る温度補償型水晶発振器によれば、水晶振動子の周波数温度特性を補償する温度補償回路として５次関数発生回路１００〜１０５と、アンプ１１０ａ〜１１０ｆ、１１０ａ′〜１１０ｆ′により、５次関数を生成する５次関数生成回路と、その微分である４次関数を生成する４次関数生成回路を備え、５次関数に基づく温度補償制御電圧Vaで発振器の周波数温度特性を補償すると共に、水晶周波数ドリフト補償回路１１５、ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路１１６、時定数生成回路１１７が、４次関数に基づく加算電圧Vbを用いて、それぞれ、温度変化に伴う水晶周波数ドリフト特性、温度補償周波数ドリフト特性、発振回路周波数ドリフト特性を補償する制御電圧を出力して各周波数ドリフト特性を補償するので、精度の高い温度補償に加えて、各周波数ドリフト特性の補償を精度よく行うことができ、起動時の周波数の変動（うねり）を抑え、周波数ドリフト特性を改善し、良好な周波数起動特性を実現できる効果がある。
本発明は、温度補償による周波数ドリフト特性をキャンセルでき、更に、水晶振動子及び発振回路の周波数ドリフト特性までも補償して周波数ドリフト特性のうねり特性を抑制する温度補償型水晶発振器に好適である。
１…温度補償回路、 ２…ＡＦＣ回路、 ３…温度センサ、 ４…加算回路、 ５…水晶振動子、 ６…インバータＩＣ、 ８…バッファ、 ９…出力端子、 １１…温度補償キャンセル回路、 １２…水晶補償回路、 １３…加算回路、 １４…発振回路特性補償回路、 ２１，３１…抵抗、 ２２，３２…コンデンサ、 ２３，３３…増幅器（ＡＭＰ）、 ２４，３４…定電流源回路、 ２５，３５…ダイオード、 １００〜１０５…関数発生回路、 １１０ａ〜１１０ｆ′…アンプ（乗算器）、 １１１…メモリ、 １１２…加算回路Ａ、 １１３…加算回路Ｂ、 １１４…基準電圧生成部、 １１５…水晶周波数ドリフト補償回路、 １１６…ＩＣ周波数ドリフトキャンセル回路、 １１７…時定数生成回路、 １１８…抵抗、 １１９…コンデンサ、 １２１，１３１…時定数生成回路、 １２２，１３２…絶対値回路、 １２３，１３３…コンパレータ、 １２４，１３４…可変利得増幅器、 １２５，１３５…スイッチ回路、 ２００…近似５次関数発生装置、 ２１０…温度検出回路、 ２３０…ＶＣＸＯ、 ２０１…１次成分発生部、 ２０３…３次成分発生部、 ２０４…４次成分発生部、 ２０５…５次成分発生部、 ２０６…０次成分発生部、 ２０７…加算回路

Claims (6)

  1. 水晶振動子と、水晶振動子に並列に接続される増幅器と、前記増幅器の入力側と出力側に接続される電圧可変容量素子と、温度補償を行う制御電圧を出力する温度補償回路とを有する温度補償型水晶発振器であって、
    前記水晶振動子の周辺温度を検出し、検出した温度に対応した電圧を出力する温度センサと、
    前記温度センサで検出された温度に基づいて前記温度補償回路で温度補償された場合の温度補償周波数ドリフト特性をキャンセルするための電圧を出力する温度補償キャンセル回路と、
    前記水晶振動子の周波数ドリフト特性を補償するための電圧を出力する水晶補償回路と、
    前記温度センサから出力された電圧と、前記温度補償キャンセル回路から出力された電圧と、前記水晶補償回路から出力された電圧を加算して前記温度補償回路に出力する第１の加算回路とを有することを特徴とする温度補償型水晶発振器。
  2. 温度補償キャンセル回路は、定電流源回路とコンデンサが直列に接続され、前記定電流源回路と前記コンデンサの間の電圧を増幅する増幅器を備え、前記増幅器の入力段にダイオードのアノードが接続され、前記ダイオードのカソードが接地され、温度補償回路における温度補償周波数ドリフト特性を打ち消す温度補償周波数キャンセル特性となる温度補償周波数ドリフト特性補償制御電圧を第１の加算回路に出力することを特徴とする請求項１記載の温度補償型水晶発振器。
  3. 水晶補償回路は、定電流源回路とコンデンサが直列に接続され、前記定電流源回路と前記コンデンサの間の電圧を増幅する増幅器を備え、前記増幅器の入力段にダイオードのアノードが接続され、前記ダイオードのカソードが接地され、水晶振動子における水晶周波数ドリフト特性を補償する水晶周波数補償特性となる水晶周波数ドリフト特性補償制御電圧を第１の加算回路に出力することを特徴とする請求項１又は２記載の温度補償型水晶発振器。
  4. 水晶振動子と、水晶振動子に並列に接続される増幅器と、前記増幅器の入力側と出力側に接続される電圧可変容量素子と、温度補償を行う制御電圧を出力する温度補償回路とを有する温度補償型水晶発振器であって、
    前記水晶振動子の周辺温度を検出し、検出した温度に対応した電圧を出力する温度センサと、
    前記温度センサで検出された温度に基づいて前記温度補償回路で温度補償された場合の温度補償周波数ドリフト特性をキャンセルするための電圧を出力する温度補償キャンセル回路と、
    前記増幅器を含む発振回路の周波数ドリフト特性を補償するための電圧を出力する発振回路特性補償回路と、
    前記温度センサから出力された電圧と、前記温度補償キャンセル回路から出力された電圧を加算して前記温度補償回路に出力する第１の加算器と、
    前記温度補償回路から出力された電圧と前記発振回路特性補償回路から出力された電圧を加算して前記電圧可変容量素子に出力する第２の加算回路とを有することを特徴とする温度補償型水晶発振器。
  5. 出力周波数を可変にするための制御電圧を出力する周波数制御回路を設け、
    第２の加算回路は、温度補償回路から出力された電圧と発振回路特性補償回路から出力された電圧と前記周波数制御回路から出力された電圧とを加算して前記電圧可変容量素子に出力することを特徴とする請求項４記載の温度補償型水晶発振器。
  6. 発振回路特性補償回路は、定電流源回路とコンデンサが直列に接続され、前記定電流源回路と前記コンデンサの間の電圧を増幅する増幅器を備え、前記増幅器の入力段にダイオードのアノードが接続され、前記ダイオードのカソードが接地され、発振回路における発振回路周波数ドリフト特性を補償する発振回路周波数補償特性となる発振回路周波数ドリフト特性補償制御電圧を第２の加算回路に出力することを特徴とする請求項４又は５記載の温度補償型水晶発振器。
JP2017021897A 2012-02-15 2017-02-09 温度補償型水晶発振器 Expired - Fee Related JP6377192B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012030390 2012-02-15
JP2012030390 2012-02-15

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013021988A Division JP6092643B2 (ja) 2012-02-15 2013-02-07 温度補償型水晶発振器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017108443A JP2017108443A (ja) 2017-06-15
JP6377192B2 true JP6377192B2 (ja) 2018-08-22

Family

ID=49392005

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013021988A Expired - Fee Related JP6092643B2 (ja) 2012-02-15 2013-02-07 温度補償型水晶発振器
JP2017021897A Expired - Fee Related JP6377192B2 (ja) 2012-02-15 2017-02-09 温度補償型水晶発振器

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013021988A Expired - Fee Related JP6092643B2 (ja) 2012-02-15 2013-02-07 温度補償型水晶発振器

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP6092643B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6376322B2 (ja) * 2013-11-21 2018-08-22 セイコーエプソン株式会社 信号供給回路、電子機器および移動体
JP7190331B2 (ja) 2018-11-05 2022-12-15 旭化成エレクトロニクス株式会社 温度補償電圧生成回路、発振モジュール、及び、システム
CN114928355B (zh) * 2022-07-20 2022-10-28 广东大普通信技术股份有限公司 基于晶体振荡器的电压补偿方法、装置、设备及存储介质

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1543703A (zh) * 2001-08-29 2004-11-03 精工爱普生株式会社 振荡器及通信设备
JP4895690B2 (ja) * 2006-06-01 2012-03-14 パナソニック株式会社 関数生成回路
JP2008258710A (ja) * 2007-04-02 2008-10-23 Epson Toyocom Corp 温度補償型圧電発振器およびその温度補償方法
JP5291564B2 (ja) * 2009-07-30 2013-09-18 京セラクリスタルデバイス株式会社 発振器
JP2011217349A (ja) * 2010-03-19 2011-10-27 Panasonic Corp 水晶発振回路

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017108443A (ja) 2017-06-15
JP6092643B2 (ja) 2017-03-08
JP2013192217A (ja) 2013-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8896388B2 (en) Temperature-compensated crystal oscillator
JP2013211654A (ja) 発振器、電子機器及び発振器の温度補償方法
JP2010130141A (ja) 電圧制御型温度補償圧電発振器
JP6377192B2 (ja) 温度補償型水晶発振器
US10461693B2 (en) Circuit device, oscillator, electronic apparatus, and moving object
US7911285B2 (en) Reference frequency control circuit
JP6297039B2 (ja) 高度に安定なｌｃ発振器におけるｌｃタンク温度ヌルを制御する方法及び装置
JP2007104162A (ja) 水晶発振器の製造方法及び水晶発振器
US20120133451A1 (en) Function generator circuit
JP5381162B2 (ja) 温度補償型発振器
JP6680615B2 (ja) 調整装置、調整方法、および発振装置
JP5299628B2 (ja) 温度補償電圧発生回路、温度補償型発振回路
WO2021205695A1 (ja) 可変容量素子及びそれを備えた発振器
JP5253318B2 (ja) 発振装置
JP2008258710A (ja) 温度補償型圧電発振器およびその温度補償方法
JP2013017074A (ja) 温度補償発振器および電子機器
JP6339252B2 (ja) 発振制御装置および発振装置
JP5119826B2 (ja) 補償電圧回路及び温度補償型圧電発振器
JP5556928B2 (ja) 温度補償電圧発生回路、温度補償型発振回路
JP2012216963A (ja) 関数発生回路、制御信号生成方法及びカーブフィッテング方法
JP2002026658A (ja) 水晶発振回路
JP7393744B2 (ja) 発振器、温度補償回路、及び温度補償方法
JP5918546B2 (ja) 温度補償型水晶発振器
WO2023234141A1 (ja) 温度補償型圧電発振器
JP2016082472A (ja) 発振器及びそのキャリブレーション方法

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180130

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180301

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: 20180719

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180724

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6377192

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees