JP6561568B2

JP6561568B2 - 無線送信装置

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Description

本発明は、無線送信装置に関する。

テレメーター、テレコントロール、データ伝送等に用いられる特定小電力無線は、事業者が電波法による無線局の免許を受けることなく利用可能であるため、近年では様々な通信機器に広く利用されている。特定小電力無線の規格であるARIB STD-T67では、４００ＭＨｚ帯に１２．５ｋＨｚ間隔あるいは２５ｋＨｚ間隔で多数のチャネルが定義されており、ARIB STD-T67に準拠した無線送信装置は、使用する各チャネルにおいて、送信周波数の精度が使用される全温度範囲で±４ｐｐｍ以内であることが要求される。従来、このような周波数精度の要求が厳しい無線送信装置は、図１１に示すように、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）と無線送信用ＩＣ（Integrated Circuit）と制御器とを内蔵し、制御器による制御のもと温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）の出力信号を無線送信用ＩＣで周波数変換して所望の周波数の搬送波を生成することで周波数精度の要求を満たしていた。このような無線送信装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００８−８５８９９号公報

しかしながら、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）は高価な部品であるため、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を内蔵する従来の無線送信装置は高価にならざるを得ないという問題がある。特に、レストランのオーダーベル等の小型の無線機器では低コスト化が求められるため、内蔵する無線送信装置において温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）のような高価な部品を用いることは難しい。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を内蔵した従来の無線送信装置と同等の周波数精度をより低コストで実現可能な無線送信装置を提供することができる。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例に係る無線送信装置は、振動素子と、前記振動素子の出力信号に基づいて無線送信用のクロック信号を生成するフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路と、前記クロック信号に基づいて無線送信信号を生成するパワーアンプと、を有する無線送信用半導体装置と、前記無線送信用半導体装置を制御する制御装置と、前記制御装置に接続される温度検出素子と、を含み、前記制御装置は、前記温度検出素子から得られる温度情報に基づいて、前記無線送信信号の周波数が温度補償されるように前記フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路を制御する。

本適用例に係る無線送信装置によれば、制御装置が、温度検出素子から得られる温度情
報に基づいて、振動素子の周波数温度特性も加味してフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路を制御することにより、高価な温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を用いることなく、適切に温度補償された無線送信信号を生成することができる。従って、本適用例に係る無線送信装置によれば、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を内蔵した従来の無線送信装置と同等の周波数精度をより低コストで実現することができる。

また、本適用例に係る無線送信装置によれば、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路が出力する送信用のクロック信号の周波数は、デジタル的に線形性よく設定可能であるため、アナログ方式の温度補償を行う温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）と比較して製造上のばらつきの影響が小さく、また温度補償の調整も容易である。

［適用例２］
上記適用例に係る無線送信装置において、前記温度検出素子は、前記振動素子の温度を検出するサーミスターであってもよい。

［適用例３］
上記適用例に係る無線送信装置において、前記振動素子は、ＡＴ振動素子であってもよい。

ＡＴ振動素子は、その周波数温度特性が２５℃付近を変曲点とする３次曲線を呈し、広い温度範囲（例えば、−４０℃〜＋８５℃）において周波数偏差が比較的小さい。従って、本適用例に係る無線送信装置によれば、振動素子の温度特性を十分補正できるように、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路の周波数可変範囲と周波数分解能を設定することができる。

［適用例４］
上記適用例に係る無線送信装置において、前記無線送信用半導体装置と前記振動素子は、１つのパッケージに収容されていてもよい。

本適用例によれば、別々のパッケージに収容された無線送信用半導体装置と振動素子とが同一基板上に平置きされている場合と比較して、小型の無線送信装置を実現することができる。

［適用例５］
上記適用例に係る無線送信装置において、前記温度検出素子と前記振動素子は、１つのパッケージに収容されていてもよい。

本適用例に係る無線送信装置によれば、別々のパッケージに収容された温度検出素子と振動素子とが同一基板上に平置きされている場合と比較して、小型の無線送信装置を実現することができる。

また、本適用例に係る無線送信装置によれば、振動素子と温度検出素子とが空間的に近い位置に配置されているため、振動素子の実際の温度と温度検出素子が検出する温度との差が小さくなり、その結果、温度補償誤差が小さくなるため、無線送信信号の周波数精度を向上させることができる。

第１実施形態の無線送信装置の構成を示す図。無線送信用ＩＣの構成例を示す図。無線送信信号の波形及びタイミングの一例を示すタイミングチャート図。無線送信信号の波形及びタイミングの一例を示すタイミングチャート図。本実施形態の無線送信装置による無線送信の手順の一例を示すフローチャート図。本実施形態の無線送信装置が出力する無線送信信号の周波数温度特性の一例についての説明図。第２実施形態の無線送信装置の構成を示す図。図８（Ａ）は無線送信ユニットの上面図、図８（Ｂ）は無線送信ユニットの底面図、図８（Ｃ）は無線送信ユニットの底面図。第３実施形態の無線送信装置の構成を示す図。図１０（Ａ）は振動子の上面図、図１０（Ｂ）は振動子の底面図、図１０（Ｃ）は振動子の底面図。従来の無線送信装置の構成を示す図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、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い。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．無線送信装置
１−１．第１実施形態
［無線送信装置の構成］
図１は、第１実施形態の無線送信装置の構成を示す図である。図１に示すように、第１実施形態の無線送信装置１は、無線送信用集積回路（ＩＣ）２（無線送信用半導体装置の一例）、振動素子３、制御装置４及び温度検出素子５を含んで構成されている。

本実施形態では、無線送信用ＩＣ２は、ＸＧ，ＸＤ，ＥＮ，ＳＣＫ，ＳＤＩＯ，ＶＳＳ，ＶＤＤ，ＰＡＯＵＴ，ＶＳＳＰＡ，ＣＫＯＵＴの１０個の端子を有している。

無線送信用ＩＣ２のＸＧ端子及びＸＤ端子は、振動素子３（振動片）の２つの励振電極（不図示）とそれぞれ電気的に接続される。

無線送信用ＩＣ２のＥＮ端子、ＳＣＫ端子及びＳＤＩＯ端子は、制御装置４との３線ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）通信用の端子であり、順に、イネーブル入力端子、クロック入力端子及びデータ入力端子である。

無線送信用ＩＣ２のＶＳＳ端子は、後述するパワーアンプ２３（図２参照）を除く各回路にグランド電位（０Ｖ）を供給するためのグランド端子であり、ＶＤＤ端子は、各回路に電源電圧（例えば、３Ｖ）を供給するための電源端子である。

無線送信用ＩＣ２のＰＡＯＵＴ端子は、パワーアンプ２３からの無線送信信号の出力端子であり、ＶＳＳＰＡ端子は、パワーアンプ２３にグランド電位（０Ｖ）を供給するためのグランド端子である。

無線送信用ＩＣ２のＣＫＯＵＴ端子は、後述する発振回路２１（図２参照）からのクロック信号の出力端子であり、ＣＫＯＵＴ端子から出力されるクロック信号は、制御装置４のクロック信号あるいは割り込み信号として利用される。

この無線送信用ＩＣ２は、振動素子３を発振させ、振動素子３の出力信号に基づいて無線送信用のクロック信号を生成し、当該クロック信号に基づいて無線送信信号を生成する。

振動素子３としては、例えば、水晶振動素子、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振素子、その他の圧電振動素子やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動素子などを用いることができる。振動素子３の基板材料としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いることができる。振動素子３の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。

制御装置４は、無線送信用ＩＣ２を制御する装置である。具体的には、制御装置４は、無線送信用ＩＣ２のＥＮ端子、ＳＣＫ端子及びＳＤＩＯ端子を介して、後述するロジック回路２４（図２参照）が有する無線送信の設定用の各種レジスターに所望の設定値を書き込み、さらに無線送信コマンドを送信することにより、無線送信用ＩＣ２による無線送信を制御する。制御装置４は、例えば、マイクロコントローラーユニット（ＭＣＵ：MicroController Unit）であってもよい。

温度検出素子５は、その周辺の温度に応じた信号（例えば、温度に応じた電圧）を出力するものである。温度検出素子５は、温度が高いほど出力電圧が高い正極性のものであってもよいし、温度が高いほど出力電圧が低い負極性のものであってもよい。温度検出素子５は、例えば、サーミスターであってもよい。

温度検出素子５は、振動素子３の近傍に配置されており、振動素子３の温度（より正確には、振動素子３の周囲の温度）を検出する。例えば、温度検出素子５が単体で振動素子３の近傍に配置されていてもよいし、温度検出素子５が無線送信用ＩＣ２あるいは制御装置４に内蔵され、温度検出素子５が内蔵された無線送信用ＩＣ２あるいは制御装置４が振動素子３の近傍に配置されていてもよい。

本実施形態では、制御装置４は、温度検出素子５から得られる温度情報に基づいて、無線送信用ＩＣ２のＰＡＯＵＴ端子から出力される無線送信信号の周波数が温度補償されるように、後述するフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２（図２参照）を制御する。そして、無線送信装置１は、不図示のアンテナを介して、この温度補償された周波数精度の高い無線送信信号を無線送信する。

［無線送信用ＩＣの構成］
図２は、無線送信用ＩＣ２の構成例を示す図である。図２の例では、無線送信用ＩＣ２は、発振回路２１、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２、パワーアンプ２３及びロジック回路２４を含んで構成されている。

発振回路２１は、ＸＧ端子及びＸＤ端子を介して電気的に接続された振動素子３を発振させるための回路であり、振動素子３の出力信号を増幅して振動素子３にフィードバックする。そして、発振回路２１は、振動素子３の発振に基づくクロック信号（発振信号）を生成し、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２に出力する。また、発振回路２１が生成するクロック信号は、無線送信用ＩＣ２のＣＫＯＵＴ端子から出力され、制御装置４にクロック信号あるいは割り込み信号として供給される。

なお、振動素子３と発振回路２１により構成される回路は、ピアース発振回路、インバーター型発振回路、コルピッツ発振回路、ハートレー発振回路などの種々のタイプの発振回路であってもよい。

フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２は、位相比較器（ＰＦＤ：Phase Frequency Detect
or）、チャージポンプ（ＣＰ：Charge Pump）、ローパスフィルター（ＬＰＦ：Low Pass Filter）、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）、分周器（ＤＩＶ：DIVider）を含んで構成される。

位相比較器（ＰＦＤ）は、発振回路２１が出力するクロック信号と分周回路（ＤＩＶ）が出力するクロック信号の位相差を比較し、比較結果をパルス電圧として出力する。

チャージポンプ（ＣＰ）は、位相比較器（ＰＦＤ）が出力するパルス電圧を電流に変換し、ローパスフィルター（ＬＰＦ）は、チャージポンプ（ＣＰ）が出力する電流を平滑化及び電圧変換する。

電圧制御発振器（ＶＣＯ）は、ローパスフィルター（ＬＰＦ）の出力電圧を制御電圧として、制御電圧に応じて周波数が変化するクロック信号（無線送信用のクロック信号）を出力する。

分周器（ＤＩＶ）は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）が出力するクロック信号を、ロジック回路２４から入力される制御信号に応じた分周比で分周したクロック信号を出力する。

このように構成されたフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２は、ロジック回路２４から入力される制御信号に応じて、発振回路２１からのクロック信号の周波数（例えば、数十ＭＨｚ）を逓倍し、無線送信用のクロック信号（例えば、数百ＭＨｚのクロック信号）を生成してパワーアンプ２３に出力する。

パワーアンプ２３は、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２が出力する無線送信用のクロック信号に基づいて無線送信信号を生成して出力する。パワーアンプ２３が出力する無線送信信号は、ＰＡＯＵＴ端子から出力される。本実施形態では、パワーアンプ２３は、ロジック回路２４からのイネーブル信号ＰＡ＿ＥＮがアクティブ（本実施形態ではハイレベル）の時に、ロジック回路２４からの制御信号に応じた電力（振幅）の無線送信信号を生成して出力し、イネーブル信号ＰＡ＿ＥＮが非アクティブ（本実施形態ではローレベル）の時は動作を停止する。

ロジック回路２４は、発振回路２１が出力するクロック信号に同期して動作し、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２及びパワーアンプ２３の動作を制御する。本実施形態では、ロジック回路２４は、ＥＮ端子がアクティブ（本実施形態ではハイレベル）の時に、ＳＣＫ端子から入力されるクロック信号に同期してＳＤＩＯ端子から入力されるコマンドやデータを受け取り、受け取ったコマンド及びデータに応じた処理を行う。具体的には、ロジック回路２４は、無線送信の設定用の各種レジスターで構成されるレジスター群を有し、レジスター書き込みコマンド、レジスターアドレス及び設定データを受け取った場合、レジスターアドレスで指定されたレジスターに、設定データを書き込む処理を行う。また、ロジック回路２４は、無線送信コマンドを受け取った場合、所望のタイミングでイネーブル信号ＰＡ＿ＥＮをアクティブ（ハイレベル）に設定し、ＳＤＩＯ端子から入力される送信データ（無線送信されるデータ）及び無線設定用の各種レジスターの設定値に応じて、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２が出力する無線送信用のクロック信号の周波数やパワーアンプ２３が出力する無線送信信号の電力を制御する。

本実施形態では、制御装置４は、無線送信用ＩＣ２による無線送信信号の変調方式として周波数偏移（ＦＳＫ：Frequency Shift Keying）変調と振幅偏移（ＡＳＫ：Amplitude Shift Keying）変調のいずれかを選択することができる。無線送信信号の変調方式は、無線送信コマンドの１ビットで指定される。

図３は、周波数偏移（ＦＳＫ）変調が選択された場合にＰＡＯＵＴ端子から出力される無線送信信号の波形及びタイミングの一例を示すタイミングチャート図である。図３において、無線送信されるデータは“０”，“１”，“０”，“１”の４ビットである。

図３の例のように、周波数偏移（ＦＳＫ）変調が選択された場合の無線送信信号は、振幅が一定のまま変わらず、送信データ“０”に対応する周波数（送信周波数）がＦ_ＴＸ−Ｆ_ＤＥＶとなり、送信データ“１”に対応する周波数（送信周波数）がＦ_ＴＸ＋Ｆ_ＤＥＶとなる。ここで、Ｆ_ＴＸはレジスターの設定値に応じて決まる中心周波数（搬送波周波数）であり、Ｆ_ＤＥＶはレジスターの設定値に応じて決まる変調幅（変調周波数）である。

本実施形態では、周波数偏移（ＦＳＫ）変調が選択された場合、ロジック回路２４は、送信データ“０”，“１”に応じて送信周波数がＦ_ＴＸ−Ｆ_ＤＥＶ，Ｆ_ＴＸ＋Ｆ_ＤＥＶになるように、レジスターの設定値及び送信データに基づいて、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の分周比を制御する制御信号を生成する。

ここで、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の分周比の整数部分（整数分周比）をＮ、分数部分（分数分周比）をＦ／Ｍとすると、発振回路２１からのクロック信号の周波数（リファレンス周波数）Ｆ_ＲＥＦとフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２が出力するクロック信号の周波数Ｆ_ＰＬＬとの間には、次式（１）の関係が成り立つ。

従って、例えば、ロジック回路２４のレジスター群に、整数分周比Ｎ及び分数分周比Ｆ／Ｍの各値を設定するためのレジスター及び変調幅（変調周波数）Ｆ_ＤＥＶを設定するためのレジスターを設けておき、制御装置４は、無線送信コマンドを送る前に、所望の変調幅（変調周波数）Ｆ_ＤＥＶをレジスター設定するとともに、式（１）に従い、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２が出力するクロック信号の周波数Ｆ_ＰＬＬが中心周波数（搬送波周波数）Ｆ_ＴＸとほぼ一致するように、整数分周比Ｎ及び分数分周比Ｆ／Ｍをレジスター設定しておく。そして、ロジック回路２４は、周波数偏移（ＦＳＫ）変調が選択された無線送信コマンドを受け取った後、整数分周比Ｎ、分数分周比Ｆ／Ｍ及び変調幅（変調周波数）Ｆ_ＤＥＶの各レジスター設定値を用いて、送信データ毎にフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の分周比を計算し、デルタシグマ変調を行って当該分周比の時間平均値を当該計算値と一致させるように、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の制御信号を生成する。

図４は、振幅偏移（ＡＳＫ）変調が選択された場合にＰＡＯＵＴ端子から出力される無線送信信号の波形及びタイミングの一例を示すタイミングチャート図である。図４において、無線送信されるデータは“０”，“１”，“０”，“１”の４ビットである。

図４の例のように、振幅偏移（ＡＳＫ）変調が選択された場合の無線送信信号は、送信周波数が中心周波数（搬送波周波数）Ｆ_ＴＸのまま変わらず、送信データ“０”に対応する振幅がＡＭＬとなり、送信データ“１”に対応する振幅がＡＭＨとなる。

本実施形態では、振幅偏移（ＡＳＫ）変調が選択された場合、ロジック回路２４は、送信周波数がＦ_ＴＸになるように、レジスターの設定値に基づいて、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の分周比を制御する制御信号を生成する。また、ロジック回路２４は、送信データ“０”，“１”に応じてパワーアンプ２３が出力する無線送信信号の振幅がＡＭＬ，ＡＭＨになるように、レジスターの設定値及び送信データに基づいて、パワーアンプ２
３の出力振幅を制御する制御信号を生成する。

例えば、ロジック回路２４のレジスター群に、整数分周比Ｎ及び分数分周比Ｆ／Ｍの各値を設定するためのレジスター及び振幅ＡＭＬ，ＡＭＨを設定するためのレジスターを設けておき、制御装置４は、無線送信コマンドを送る前に、所望の振幅ＡＭＬ，ＡＭＨをレジスター設定するとともに、式（１）に従い、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２が出力するクロック信号の周波数Ｆ_ＰＬＬが中心周波数（搬送波周波数）Ｆ_ＴＸとほぼ一致するように、整数分周比Ｎ及び分数分周比Ｆ／Ｍをレジスター設定しておく。そして、ロジック回路２４は、振幅偏移（ＡＳＫ）変調が選択された無線送信コマンドを受け取った後、整数分周比Ｎ及び分数分周比Ｆ／Ｍの各レジスター設定値を用いてデルタシグマ変調を行って、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の分周比の時間平均値をＮ＋Ｆ／Ｍと一致させるように、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の制御信号を生成する。また、ロジック回路２４は、振幅偏移（ＡＳＫ）変調が選択された無線送信コマンドを受け取った後、振幅ＡＭＬ，ＡＭＨのレジスター設定値を用いて、送信データに応じてパワーアンプ２３の出力振幅を制御する制御信号を生成する。

ところで、無線送信装置１の動作保証温度として広い温度範囲（例えば、−４０℃〜＋８５℃）が規定されている場合、振動素子３の周波数温度特性に起因して、発振回路２１が出力するクロック信号の周波数（リファレンス周波数Ｆ_ＲＥＦ）が温度に応じて大きく変動する。そのため、本実施形態では、制御装置４は、振動素子３の周波数温度特性の情報を有しており、当該周波数温度特性の情報と温度検出素子５の出力信号から得られる温度情報とに基づき、無線送信信号の送信周波数が温度補償されて温度によらず所望の周波数に保たれるように、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の分周比（整数分周比Ｎ及び分数分周比Ｆ／Ｍ）を計算する。

そして、制御装置４は、上記の通り、無線送信コマンドを送る前に、計算した整数分周比Ｎ及び分数分周比Ｆ／Ｍをレジスター設定しておく。これにより、制御装置４から無線送信コマンド受け取った無線送信用ＩＣ２は、温度によらず周波数精度が高い無線送信信号を出力することが可能となる。

特に、ARIB STD-T67に準拠し、無線送信信号の周波数精度が±４ｐｐｍ以下の無線送信装置１を実現するためには、振動素子３がＡＴ振動素子（ＡＴカットの水晶振動素子）であることが好ましい。ＡＴ振動素子は、その周波数温度特性が２５℃付近を変曲点とする３次曲線を呈し、広い温度範囲（例えば、−４０℃〜＋８５℃）において周波数偏差が比較的小さいため、振動素子３の温度特性を十分補正できるように、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２が出力するクロック信号の周波数の可変範囲、すなわち、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の分周比Ｎ＋Ｆ／Ｍの可変範囲と、±４ｐｐｍ以下の周波数精度を実現するために必要な分周比Ｎ＋Ｆ／Ｍの分解能とを設定することができる。これにより、高い周波数精度の無線送信信号を出力する小型の無線送信装置１を実現することができる。

［無線送信の手順］
図５は、無線送信装置１による無線送信の手順の一例を示すフローチャート図である。

図５の例では、まず、制御装置４が、無線送信の開始イベントを検出する（Ｓ１０）。例えば、制御装置４は、不図示の入力装置（ボタンやスイッチ等）から所望の信号（例えば、ボタンやスイッチが押されたことを示す信号）を受け取った場合に、無線送信の開始イベントを検出してもよいし、予め設定された一定時間が経過する毎に無線送信の開始イベントを検出してもよい。

次に、制御装置４が、温度検出素子５の出力信号に基づき、温度を算出（温度情報を取
得）する（Ｓ２０）。例えば、制御装置４は、温度検出素子５の出力電圧と温度との関係を示す計算式あるいはテーブル情報を保持し、当該計算式あるいはテーブル情報を用いて温度を算出してもよい。

次に、制御装置４が、無線送信用ＩＣ２による無線送信の周波数が温度補償されるように、工程Ｓ２０で算出した温度に応じてフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の分周比を算出する（Ｓ３０）。例えば、制御装置４は、振動素子３の周波数温度特性の情報を保持し、当該周波数温度特性の情報を用いて、工程Ｓ２０で算出した温度での振動素子３の周波数Ｆ_ＲＥＦを算出し、式（１）よりＦ_ＰＬＬ＝Ｆ_ＴＸとなる整数分周比Ｎ及び分数分周比Ｆ／Ｍを算出する。

次に、制御装置４が、無線送信用ＩＣ２のレジスターにフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の設定値及びパワーアンプ２３の設定値を書き込む（Ｓ４０）。すなわち、制御装置４は、無線送信用ＩＣ２にレジスター書き込みコマンドを送信して、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の設定値として、無線送信信号の変調幅（変調周波数）Ｆ_ＤＥＶや工程Ｓ３０で算出した分周比（整数分周比Ｎ及び分数分周比Ｆ／Ｍ）等をレジスターに書き込む。また、制御装置４は、無線送信用ＩＣ２にレジスター書き込みコマンドを送信して、パワーアンプ２３の設定値として、無線送信信号の振幅ＡＭＬ，ＡＭＨ等をレジスターに書き込む。

次に、制御装置４が、無線送信コマンド及び送信データを無線送信用ＩＣ２に送信する（Ｓ５０）。

最後に、無線送信用ＩＣ２が、無線送信コマンド及び送信データを受け取り、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２のレジスター設定値、パワーアンプ２３のレジスター設定値及び受け取った送信データに応じて、温度補償された所望の周波数の無線送信信号を生成し、無線送信する（Ｓ６０）。

なお、制御装置４が、工程Ｓ１０で無線送信開始イベントを検出した後に、すなわち、無線送信を行う直前に、工程Ｓ２０で温度検出素子５の出力信号を取得することで、工程Ｓ３０でフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の分周比の算出に用いる温度と工程Ｓ６０で実際に無線送信が行われる時の温度との差を小さくすることができるため、温度補償精度が向上し、高い周波数精度で無線送信を行うことができる。

［無線送信信号の周波数温度特性］
図６は、本実施形態の無線送信装置１が出力する無線送信信号の周波数温度特性の一例について説明するための図であり、横軸は無線送信装置１の動作温度（単位：℃）、縦軸は無線送信信号の周波数偏差ΔＦ（単位：ｐｐｍ）である。

図６において、Ｇ１は、振動素子３の周波数温度特性の一例を示すグラフであり、式１のリファレンス周波数Ｆ_ＲＥＦの温度特性に相当する。図６の例では、振動素子３がＡＴ振動素子であり、グラフＧ１は２５℃付近を変曲点とする３次曲線を呈している。

Ｇ２は、式１において２５℃におけるリファレンス周波数Ｆ_ＲＥＦが温度によらず一定値（２５℃における値）であると仮定した場合のフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２が出力するクロック信号の周波数温度特性（周波数Ｆ_ＰＬＬの温度特性）の一例を示すグラフである。図６の例では、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の分周比Ｎ＋Ｆ／Ｍの設定分解能が０．５ｐｐｍ程度であり、グラフＧ２は０．５ｐｐｍを最小単位としてグラフＧ１とは逆の周波数特性となっている。

Ｇ３は、無線送信装置１が出力する無線送信信号の周波数温度特性の一例を示すグラフであり、式１の周波数Ｆ_ＰＬＬの温度特性に相当する。このグラフＧ３は、グラフＧ１とグラフＧ２との差分に相当し、温度補償された無線送信信号の周波数温度特性である。図６の例では、−４０℃〜＋８５℃の動作温度範囲において、ARIB STD-T67に規定される±４ｐｐｍ以下の無線送信信号の周波数精度が十分に達成されている。

なお、制御装置４は、前記の振動素子３の周波数温度特性の情報として、例えば、グラフＧ１に対応する温度と周波数偏差との関係式（近似式）あるいはテーブル情報を保持してもよいし、グラフＧ２に対応する温度と周波数偏差との関係式（近似式）あるいはテーブル情報を保持してもよいし、グラフＧ２を得るための温度とフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の分周比Ｎ＋Ｆ／Ｍとの関係式（近似式）あるいはテーブル情報を保持してもよい。

［効果］
以上に説明したように、第１実施形態の無線送信装置１によれば、制御装置４が、温度検出素子５から得られる温度情報に基づいて、振動素子３の周波数温度特性も加味してフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の分周比を制御することにより、高価な温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を用いることなく、例えばＡＴ振動素子などの安価な振動素子３を用いて適切に温度補償された無線送信信号を生成することができる。従って、第１実施形態の無線送信装置１によれば、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）を内蔵した従来の無線送信装置と同等の周波数精度をより低コストで実現することができる。

また、第１実施形態の無線送信装置１によれば、フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２が出力する送信用のクロック信号の周波数は、デジタル的に線形性よく設定可能であるため、アナログ方式の温度補償を行う温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ）と比較して製造上のばらつきの影響が小さく、また制御装置４によるフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２の制御（温度補償の調整）も容易である。

１−２．第２実施形態
図７は、第２実施形態の無線送信装置の構成を示す図である。図７において、図１と同様の構成要素には同じ符号を付している。以下では、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付し、第１実施形態と相違する内容を中心に説明し、第１実施形態と共通する内容については説明を省略又は簡略する。図７に示すように、第２実施形態の無線送信装置１は、第１実施形態と同様に、無線送信用ＩＣ２（無線送信用半導体装置の一例）、振動素子３、制御装置４及び温度検出素子５を含んで構成されている、無線送信用ＩＣ２、振動素子３、制御装置４及び温度検出素子５の各機能は第１実施形態と同様であるが、無線送信用ＩＣ２と振動素子３とは、１つのパッケージに収容され、無線送信ユニット６を構成する点が第１実施形態と異なる。

本実施形態では、無線送信ユニット６は、パッケージの表面に設けられたＥＮ，ＳＣＫ，ＳＤＩＯ，ＶＳＳ，ＶＤＤ，ＰＡＯＵＴ，ＶＳＳＰＡ，ＣＫＯＵＴの８個の端子を有しており、それぞれ、無線送信用ＩＣ２のＥＮ，ＳＣＫ，ＳＤＩＯ，ＶＳＳ，ＶＤＤ，ＰＡＯＵＴ，ＶＳＳＰＡ，ＣＫＯＵＴの各端子と電気的に接続されている。

無線送信ユニット６のＥＮ端子、ＳＣＫ端子及びＳＤＩＯ端子は、制御装置４との３線ＳＰＩ通信用の端子であり、順に、イネーブル入力端子、クロック入力端子及びデータ入力端子である。

無線送信ユニット６のＶＳＳ端子は、無線送信用ＩＣ２のパワーアンプ２３（図２参照）を除く各回路にグランド電位（０Ｖ）を供給するためのグランド端子であり、ＶＤＤ端
子は、各回路に電源電圧（例えば、３Ｖ）を供給するための電源端子である。

無線送信ユニット６のＰＡＯＵＴ端子は、無線送信用ＩＣ２のパワーアンプ２３からの無線送信信号の出力端子であり、ＶＳＳＰＡ端子は、無線送信用ＩＣ２のパワーアンプ２３にグランド電位（０Ｖ）を供給するためのグランド端子である。

無線送信ユニット６のＣＫＯＵＴ端子は、無線送信用ＩＣ２の発振回路２１（図２参照）からのクロック信号の出力端子であり、ＣＫＯＵＴ端子から出力されるクロック信号は、制御装置４のクロック信号あるいは割り込み信号として利用される。

制御装置４は、無線送信ユニット６のＥＮ端子、ＳＣＫ端子及びＳＤＩＯ端子を介して、無線送信用ＩＣ２を制御する。

第２実施形態では、温度検出素子５は、無線送信ユニット６の近傍に配置されており、無線送信ユニット６の温度（振動素子３の温度）を検出する。温度検出素子５は、例えば、サーミスターであってもよい。そして、制御装置４は、温度検出素子５から得られる温度情報に基づいて、無線送信ユニット６のＰＡＯＵＴ端子から出力される無線送信信号の周波数が温度補償されるように、無線送信用ＩＣ２が有するフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２（図２参照）を制御する。

図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、無線送信ユニット６の構造の一例を示す図である。図８（Ａ）は、無線送信ユニット６の上面図であり、図８（Ｂ）は、無線送信ユニット６の底面図である。また、図８（Ｃ）は、無線送信ユニット６を図８（Ａ）のＡ−Ａ’で切断して矢印の方向から見た断面図である。なお、図８（Ａ）は、図８（Ｃ）のリッド６９が無い状態で図示されている。

図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示すように、無線送信ユニット６は、無線送信用ＩＣ２、振動素子（振動片）３、パッケージ６１、シームリング６２及びリッド（蓋）６９を含んで構成されている。

パッケージ６１は、無線送信用ＩＣ２と振動素子３とを同一空間内に収容する。具体的には、パッケージ６１の上面には開口部が形成されており、リッド６９と、パッケージ６１の開口部を囲むように配置されているシームリング６２とが溶接されてパッケージ６１の開口部が封止されることによって、無線送信用ＩＣ２と振動素子３とが同一空間内に収容される。

振動素子３は、その表面及び裏面にそれぞれ金属の励振電極３ａ及び３ｂを有しており、励振電極３ａ及び３ｂを含む振動素子３の質量や形状に応じた所望の周波数で発振する。振動素子３は、例えば、ＡＴ振動素子であってもよい。振動素子３は、パッケージ６１上に配置されている電極パッド６５と導電性接着材等の接続部材６６で固定されている。また、無線送信用ＩＣ２は、リジン等の接着部材６８によってパッケージ６１に接合されている。

無線送信用ＩＣ２のＸＧ，ＸＤ，ＥＮ，ＳＣＫ，ＳＤＩＯ，ＶＳＳ，ＶＤＤ，ＰＡＯＵＴ，ＶＳＳＰＡ，ＣＫＯＵＴの各端子とパッケージ６１上に配置されている電極パッド６３とは金等のボンディングワイヤー６４でボンディングされている。

パッケージ６１の内部又は表面には、無線送信用ＩＣ２のＸＧ，ＸＤ端子とそれぞれボンディングされている２つの電極パッド６３と、振動素子３の２つの端子（励振電極３ａ及び３ｂ）と接続されている２つの電極パッド６５とをそれぞれ電気的に接続するための
不図示の配線が設けられている。

また、パッケージ６１の内部又は表面には、無線送信用ＩＣ２のＥＮ，ＳＣＫ，ＳＤＩＯ，ＶＳＳ，ＶＤＤ，ＰＡＯＵＴ，ＶＳＳＰＡ，ＣＫＯＵＴの各端子とそれぞれボンディングされている８個の電極パッド６３と、パッケージ６１の底面に設けられたＥＮ，ＳＣＫ，ＳＤＩＯ，ＶＳＳ，ＶＤＤ，ＰＡＯＵＴ，ＶＳＳＰＡ，ＣＫＯＵＴの８個の端子（電極）６７とをそれぞれ電気的に接続するための不図示の配線が設けられている。

このように第２実施形態によれば、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示すように、無線送信用ＩＣ２と振動素子３とが１つのパッケージ６１に収容され、しかも無線送信ユニット６を上面から視た平面視で無線送信用ＩＣ２と振動素子３とが重なっているため、別々のパッケージに収容された無線送信用ＩＣ２と振動素子３とが同一基板上に平置きされている場合と比較して、無線送信装置１を小型化することができる。

１−３．第３実施形態
図９は、第３実施形態の無線送信装置の構成を示す図である。図９において、図１と同様の構成要素には同じ符号を付している。以下では、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付し、第１実施形態と相違する内容を中心に説明し、第１実施形態と共通する内容については説明を省略又は簡略する。図９に示すように、第３実施形態の無線送信装置１は、第１実施形態と同様に、無線送信用ＩＣ２（無線送信用半導体装置の一例）、振動素子３、制御装置４及び温度検出素子５を含んで構成されている、無線送信用ＩＣ２、振動素子３、制御装置４及び温度検出素子５の各機能は第１実施形態と同様であるが、温度検出素子５と振動素子３とは、１つのパッケージに収容され、振動子７を構成する点が第１実施形態と異なる。

本実施形態では、振動子７は、パッケージの表面に設けられたＸＧ，ＸＤ，ＴＳ，ＶＳ４個の端子を有している。

振動子７のＸＧ端子及びＸＤ端子は、振動素子３（振動片）の２つの励振電極（不図示）及び無線送信用ＩＣ２のＸＧ，ＸＤの各端子とそれぞれ電気的に接続されている。

振動子７のＴＳ端子は、温度検出素子５の出力端子と電気的に接続されており、ＴＳ端子から出力される温度検出素子５の出力信号は制御装置４に入力される。

振動子７のＶＳＳ端子は、温度検出素子５にグランド電位（０Ｖ）を供給するためのグランド端子である。

第３実施形態では、振動子７は、温度検出素子５により振動素子３の温度を検出し、制御装置４は、振動子７のＴＳ端子から得られる温度情報に基づいて、無線送信用ＩＣ２のＰＡＯＵＴ端子から出力される無線送信信号の周波数が温度補償されるように、無線送信用ＩＣ２が有するフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路２２（図２参照）を制御する。

図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、振動子７の構造の一例を示す図である。図１０（Ａ）は、振動子７の上面図であり、図１０（Ｂ）は、振動子７の底面図である。また、図１０（Ｃ）は、振動子７を図１０（Ａ）のＡ−Ａ’で切断して矢印の方向から見た断面図である。なお、図１０（Ａ）は、図１０（Ｃ）のリッド７９が無い状態で図示されている。

図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示すように、振動子７は、振動素子（振動片）３、温度検出素子５、パッケージ７１、シームリング７２及びリッド（蓋）７９を含んで構成されている。

図１０（Ｃ）に示すように、パッケージ７１には、対向する面に２つの凹部が設けられており、振動素子３は一方の凹部に収容され、温度検出素子５は他方の凹部に収容されている。具体的には、パッケージ７１の上面に開口部が形成されており、リッド７９と、パッケージ７１の上面の開口部を囲むように配置されているシームリング７２とが溶接されてパッケージ７１の上面の開口部が封止されることによって、振動素子３がパッケージ７１の上方の凹部に収容されている。また、パッケージ７１の下面（底面）にも開口部が形成されており、パッケージ７１の下面（底面）の開口部は封止されずに、温度検出素子５がパッケージ７１の下方の凹部に収容されている。パッケージ７１の下面（底面）の開口部は封止されていないため、温度検出素子５は振動子７（振動素子３）の周囲の外気温度を検出可能になっている。

振動素子３は、その表面及び裏面にそれぞれ金属の励振電極３ａ及び３ｂを有しており、励振電極３ａ及び３ｂを含む振動素子３の質量や形状に応じた所望の周波数で発振する。振動素子３は、例えば、ＡＴ振動素子であってもよい。振動素子３は、パッケージ７１上に配置されている電極パッド７５と導電性接着材等の接続部材７６で固定されている。また、温度検出素子５は、例えば、サーミスターであり、その両端がパッケージ７１上に配置されている電極パッド７３と導電性接着材等の接続部材７８によって接合されている。

パッケージ７１の内部又は表面には、振動素子３の２つの端子（励振電極３ａ及び３ｂ）と接続されている２つの電極パッド７５とパッケージ７１の底面に設けられたＸＧ，ＸＤの２つの端子（電極）７７とをそれぞれ電気的に接続するための不図示の配線が設けられている。

さらに、パッケージ７１の内部又は表面には、温度検出素子５の両端とそれぞれ電気的に接続されている２つの電極パッド７３と、パッケージ７１の底面に設けられたＴＳ，ＶＳＳの２つの端子（電極）７７とをそれぞれ電気的に接続するための不図示の配線が設けられている。

このように構成された第３実施形態の無線送信装置１は、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第３実施形態によれば、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示すように、振動素子３と温度検出素子５が１つのパッケージ７１に収容され、しかも振動子７を上面から視た平面視で振動素子３と温度検出素子５とが重なっているため、別々のパッケージに収容された振動素子３と温度検出素子５とが同一基板上に平置きされている場合と比較して、無線送信装置１を小型化することができる。

また、第３実施形態によれば、振動素子３と温度検出素子５とは空間的に互いに近接した場所に配置されているため、振動素子３の実際の温度と温度検出素子５が検出する温度との差が小さくなり、その結果、温度補償誤差が小さくなるため、無線送信信号の周波数精度を向上させることができる。

２．応用例
上述した各実施形態の無線送信装置１は、様々な電子機器やシステムに応用することが可能である。例えば、上述した各実施形態の無線送信装置１は、例えば、レストランのオーダーベルに内蔵され、ボタンの押下情報を無線送信する無線送信装置、ゴルフカート等の操作用のリモコンに内蔵され、ユーザーの指示情報をゴルフカートに無線送信する無線送信装置、温室ハウス等の温度測定器に内蔵され、温度データを無線送信する無線送信装置、患者のバイタルデータを測定する機器に内蔵され、バイタルデータを無線送信する無線送信装置等に利用可能である。また、例えば、無線送信装置１が内蔵された複数のデー
タ測定器が測定して無線送信したデータを収集し、各種の演算処理を行うことが可能なデータ収集システムを構築することも可能である。

本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

上述した実施形態は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１無線送信装置、２無線送信用集積回路（ＩＣ）、３振動素子、３ａ，３ｂ励振電極、４制御装置、５温度検出素子、６無線送信ユニット、７振動子、２１発振回路、２２フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路、２３パワーアンプ、２４ロジック回路、６１パッケージ、６２シームリング、６３電極パッド、６４ボンディングワイヤー、６５電極パッド、６６接続部材、６７端子（電極）、６８接着部材、６９リッド、７１パッケージ、７２シームリング、７３電極パッド、７５電極パッド、７６接続部材、７７端子（電極）、７８接着部材、７９リッド

Claims

振動素子と、
前記振動素子の出力信号に基づいて無線送信用のクロック信号を生成するフラクショナルＮ−ＰＬＬ回路と、前記クロック信号に基づいて無線送信信号を生成するパワーアンプと、を有する無線送信用半導体装置と、
前記無線送信用半導体装置を制御する制御装置と、
前記制御装置に接続される温度検出素子と、を含み、
前記無線送信用半導体装置と前記振動素子は、１つのパッケージに収容されており、
前記制御装置と前記温度検出素子は、前記パッケージの外部に設けられており、
平面視で前記無線送信用半導体装置と前記振動素子とが重なっており、
前記制御装置は、
前記温度検出素子から得られる温度情報に基づいて、前記無線送信信号の周波数が温度補償されるように前記フラクショナルＮ−ＰＬＬ回路を制御する、無線送信装置。
前記温度検出素子は、
前記振動素子の温度を検出するサーミスターである、請求項１に記載の無線送信装置。
前記振動素子は、ＡＴカット水晶振動素子である、請求項１又は２に記載の無線送信装置。